Asist. Univ. Dr. Ing. Herghelegiu Eugen [302241]

UNIVERSITATEA “VASILE ALECSANDRI” DIN BACĂU

FACULTATEA DE INGINERIE

SPECIALIZARE: TEHNOLOGIA CONSTRUCȚIILOR DE MAȘINI

LUCRARE DE LICENȚĂ

Coordonator:

Asist. Univ. Dr. Ing. Herghelegiu Eugen

Absolvent: [anonimizat] 2017

TEMA:

STUDIUL PRIVIND PRELUCRAREA

PIESELOR DE TIP PISTON PE STRUNGURI CNC

CUPRINS

Introducere ……………………………………………………………………………………………………………… 4

Capitolul I: Prelucrarea prin strunjire ……………………………………………………………………… 5

1.1. Mișcări și viteze de lucru ……………………………………………………………………………………… 5

1.2. Strunjirea diferitelor forme de suprafețe …………………………………………………………………. 7

1.3. Cuțitele de strung ………………………………………………………………………………………………… 9

Capitolul II: Strunguri CNC …………………………………………………………………………………… 14

2.1. Strungul. Generalități …………………………………………………………………………………………. 14

2.2. Sisteme CNC …………………………………………………………………………………………………….. 14

2.3. Mașini unelte cu comandă CNC ………………………………………………………………………….. 16

2.4. Strunguri CNC ………………………………………………………………………………………………….. 18

2.5. Strunguri CNC multiax ………………………………………………………………………………………. 20

2.6. Programarea strungurilor CNC ……………………………………………………………………………. 21

Capitolul III: Proiectarea reperului de tip piston în NX …………………………………………… 25

3.1. Proiectarea asistata a reperului …………………………………………………………………………….. 25

3.2. Stabilirea traseului tehnologic ……………………………………………………………………………… 27

3.2.1. Alegerea geometriei piesei …………………………………………………………………………. 28

3.2.2. Alegerea sculelor așchietoare ……………………………………………………………………… 30

3.3. Crearea operațiilor ……………………………………………………………………………………………… 31

Capitolul IV: Studiu de caz …………………………………………………………………………………….. 40

4.1. Prelucrarea și etapele procesului de fabricție ale pistonului ………………………………………42

Concluzii ……………………………………………………………………………………………………………….. 51

Bibliografie ……………………………………………………………………………………………………………. 52

[anonimizat]-[anonimizat].

[anonimizat], dar în ultimii ani se constată o tendință de creștere a numărului acelor strunguri la care automatizarea este realizată fără came, cu mijloace hidraulice, electrohidraulice sau cu comandă numertică.

Nu încape îndoiala că în ultimii ani tehnologia s-a dezvoltat foarte mult și se observă cum aceasta începe să ne acapareze viața. Se folosește tehnologie de ultimă generație în orice domeniu, dar chiar dacă este foarte des folosită asta nu înseamnă că oricine înțelege exact cum funcționează, este nevoie de specialiști care să știe cum să  o controleze, astfel încât să fie folosită cu eficiență. Atunci când vine vorba de prelucrare CNC, se face referire la ceva absolut uimitor, un tip de tehnologie care a reușit să devină folosită de multe companii într-un timp foarte scurt.

În lucare este prezentat un material ce conține informații despre: – noțiuni generale privind strunjirea și mașinile cele mai des utilizare la prelucrarea cu comandă numerică: strungul CNC – aplicația NX Turning – definirea sculelor și geometriei specifice – elementele comune operațiilor de strunjire – operația de strunjire de degroșare și finisare – operații de prelucrare axiale executate pe strung.

Ca răspuns la tendințele de dezvoltare a performanțelor tehnice ale sistemelor de fabricație moderne, intreprinderile se automatizează, își extind flexibilitatea sistemelor de producție, sistemele CAD/CAM își lărgesc aria de aplicare îndeosebi în proiectarea și fabricația mașinilor unelte.

Sistemele de producție capătă astfel dimensiuni noi, grație creșterii performanțelor

mașimlor unelte, menite să reducă munca fizică, să asigure o calitate superioară a pieselor

prelucrate și o productivitate ridicată.

Capitolul I

Prelucrarea prin strunjire

Mișcări și viteze de lucru

Strunjirea este metoda tehnologică de prelucrare mecanică folosită, în general, pentru obținerea corpurilor de rotație având suprafețe cilindrice exterioare și interioare, conice, plane (perpendiculare pe axa de rotație), elicoidale, profilate etc. Cu dimensiuni și precizii nanometrice, micrometrice și macromatrice. Prelucrarea se realizează cu ajutorul mașinii-unelte numită strung și a sculei așchietoare numită cuțit de strung, sau sculă cu un singur tăiș.[1]

În cadrul cuplului tehnologic cuțit strung-piesa de prelucrat se definesc următoarele elemente (Fig. 1.1.):

– suprafața de așchiat 1 de pe care se desprind așchiile;

– suprafața așchiată 2, care rămâne în urma cuțitului;

– suprafața de așchiere;

– planul principal de așchiere 4;

– planul de bază 5, care este perpendicular pe planul principal de așchiere și totodată paralel cu deplasarea cuțitului de strung în direcție longitudinală sl (paralelă cu axa de rotației AA a piesei de prelucrat) și respectiv în direcție transversală st (perpendiculară pe axa de rotație AA). [1]

La strunjire, mișcarea relativă dintre piesă și sculă, cunoscută sub denumirea de mișcare efectivă de așchiere, este compusă din mișcarea principală de așchiere, care este o mișcare de rotație executată de piesa de prelucrat, și mișcarea de avans (mișcare secundară) executată de cuțitul de strung. Direcția, sensul, și mărimea celor trei tipuri de mișcări și anume: mișcarea efectivă de așchiere; mișcarea principală de așchiere; mișcarea de avans, pot fi puse în evidență, în punctul de contact M dintre piesă și cuțitul de strung (Fig. 1.2.), prin trei categorii de vectori: vectorul viteză efectivă de așchiere ve vectorul viteză principală de așchiere vp vectorul viteză de avans vs. [1]

În baza celor expuse mai sus, rezultă că viteza efectivă de așchiere poate fi descrisă prin suma vectorială dintre viteza principală de așchiere și viteza de avans:

(1.1.)

Vectorul ve are direcția mișcării efective de așchiere, vectorii , și sunt cuprinși într-un plan în care au loc mișcările care determină formarea și îndepărtarea așchiei în procesul de așchiere, numit planul de lucru (Fig. 1.3.). În acest plan se definesc două tipuri de unghiuri:

– unghiul direcției de așchiere η, măsurat între direcția efectivă de așchiere și direcția principală de așchiere;

– unghiul direcției de avans φs măsurat între direcția de avans și direcția principală de așchiere. [1]

În timpul executării strunjirii, are loc îndepărtarea unui strat de material de pe semifabricatului supus strunjirii, numit adâncime de așchiere și a cărei mărime este măsurată, în mm, într-o direcție normală pe planul de lucru Πl. [1]

La strunjire, viteza principală de așchiere are valoarea:

(1.2.)

în care: D este diametrul punctului considerat de pe muchia de așchiere, pentru care se determină viteza de așchiere, în mm;

n – turația elementului care execută mișcarea principală de așchiere, în rot/min. [1]

Mișcarea de avans are scopul de a aduce straturi succesive de material în fața tăișului cuțitului de strung în timpul îndepărtării adâncimii de așchiere. Mărimea cu care se deplasează cuțitul de strung în mișcarea de avans în timpul unei rotații a piesei de prelucrat poară denumirea de avans sau avans unitar, în mm/rot. Mărimea vitezei de avans se calculează cu relația: [1]

, (1.3.)

sau

, (1.4.)

1.2. Strunjirea diferitelor forme de suprafețe

Suprafețele prelucrate prin strunjire pot avea diferite forme în funcție de modul în care se compune (Fig. 1.4.) mișcarea principală de rotație I pe care o execută piesa de prelucrat P cu mișcarea de avans efectuată de scula S după diferite direcții. [1]

Astfel:

suprafețele cilindrice exterioare și interioare se obțin (Fig. 1.4. a, b) prin efectuarea mișcării de avans II rectilinie în direcție paralelă cu axa vârfurilor strungului. Mișcarea se poate efectua în ambele sensuri;

suprafețele frontale ale pieselor se obțin (Fig. 1.4. c) prin efectuarea mișcării de avans III rectilinie în direcție perpendiculară pe axa vârfurilor strungului. Mișcarea se poate efectua în ambele sensuri;

suprafețele conice exterioare și interioare (Fig. 1.4. d) rezultă executându-se mișcarea de avans IV rectilinie după o direcție paralelă cu generatoarea conului, înclinată cu un unghi oarecare față de axa vârfurilor strungului;

suprafețele elicoidale sau filetele (Fig. 1.4. e) se obțin prin efectuarea mișcării de avans II rectilinie, după o direcție paralelă cu axa vârfurilor strungului, cu o anumită viteză raportată la viteza de rotație a piesei de prelucrat. În urma reglării mașinii-unelte, în condiția menționată, se obține un anumit pas al filetului executat pe piesa de prelucrat. În cazul prelucrării filetelor conice, mișcarea de avans a sculei este paralelă cu generatoarea conului;

e. alte forme de suprafețe de revoluție se obțin prin anumite combinări ale avansului și în condițiile utilizării unor anumite accesorii. Astfel se menționează prelucrarea suprafețelor sferice (Fig. 1.4. g) ca urmare a mișcării de avans V sau a suprafețelor profilate (Fig 1.4. g) prin deplasarea simultană a cuțitului în direcțiile longitudinale II și transversală III;

f. suprafețele corpurile care nu sunt de rotație (Fig. 1.4. h) sau operațiile de detalonare a frezelor (Fig. 1.4. i) se obțin prin imprimarea unor mișcări anumite, după anumite legi de mișcare, la cuțitul de strung și totodată prin folosirea unor strunguri având o construcție și cinematică corespunzătoare. [1]

1.3. Cuțitele de strung

Cuțitul de strung poate fi considerat, în esență, ca fiind forma generalizată a diverselor scule așchietoare folosite la procedeele de prelucrare prin așchiere: frezare, rabotare, mortezare, broșare etc. Din practica prelucrărilor prin așchiere, cuțitele de strung sunt cele mai răspândite scule așchietoare, fiind utilizate la strungurile universale, strungurile revolver, strungurile semiautomate etc. Din acest motiv, la strunjire, se folosește o mare varietate de cuțite de strung din punct de vedere al formelor constructive, a dimensiunilor, materialului tăișului etc. [1]

Cuțitul de strung se compune din două părți de bază (Fig. 1.5.): a. partea activă prevăzută cu tăișului așchietor. În general, geometria părții așchietoare este aproape unică pentru diferite forme constructive de cuțite; b. partea de fixare pe mașina-unealtă sau coada sculei. Cozile cuțitelor au secțiuni reglementate prin standarde. [1]

Cuțitele de strung pot fi clasificate după mai multe criterii:

după felul materialului părții așchietoare. Frecvent, se deosebesc trei cazuri constructive:

a. monobloc (partea activă și partea de fixare sunt confecționate din același material);

b. partea activă și partea de fixare sunt sudate cap la cap;

c. tăișul așchietor este confecționat din plăcuțe așchietoare, lipite sau fixate mecanic pe suportul părții active. Modurile de fixare a plăcuțelor așchietoare pot fi grupate în diverse tipuri constructive (Fig. 1.6.): fixarea cu bridă; fixarea cu pivot central; fixarea cu pană; fixarea cu bolț etc.; [1]

după felul prelucrării (Fig. 1.7. și Fig. 1.8.):

a. cuțite pentru prelucrări de degroșare;

b. cuțite pentru prelucrări de finisare;

– după operațiile pe care le execută:

a. cuțite pentru strunjire cilindrică exterioară (Fig. 1.7.) : a și b – strunjire de degroșare; c și d –strunjire de finisare;

b. cuțite pentru strunjire cilindrică interioară (Fig. 1.8.): 1 – cuțit de degroșare; 2. – cuțit de finisare; [1]

c. cuțite pentru strunjit plan – suprafața prelucrată este perpendiculară pe axa vârfurilor strungului (Fig. 1.9. poz. 3 și 4);

d. cuțite canelat și retezat (Fig. 1.9. poz.1);

– după gradul de complexitate:

a. cuțite de strung simple. Cuprind toate categoriile de cuțite de strung folosite la toate tipurile de strunjiri: degroșări și finisări exterioare sau interioare, cilindrice exterioare sau interioare, plane, retezări sau canelări etc;

b. cuțite de strung speciale, care cuprind toate cuțitele folosite la operațiile de strunjire, având construcția părții active formată din plăcute fixate mecanic. [1]

Plăcuțele sunt confecționate din amestecuri de carburi metalice, materiale mineralo-ceramice, diamant monocristal sau policristale de diamant, nitrură cubică de bor ș.a. În prezent sunt cele mai frecvent folosite cuțitele cu plăcuțe din carburi metalice respectiv mineralo-ceramice; [1]

– în funcție de destinația cuțitului:

a. cuțite normale;

b. cuțite profilate după formă sau speciale. Aceste cuțite pot fi cuțite disc profilate (Fig. 1.10. a) sau cuțite prismatice profilate (Fig. 1.10. b); [1]

– după forma cuțitului:

a. cuțit drept;

b. cuțit încovoiat;

c. cuțit pentru alezat etc.;

– după secțiunea corpului cuțitului:

a. cuțite având secțiunea dreptunghiulară, cu înălțimea h, în mm;

b. cuțite cu secțiunea pătrată, cu latura b1, în mm;

c. cuțite cu secțiunea circulară, având raza r, în mm;

– după natura materialului părții așchietoare:

a. cuțite din oțel carbon de scule OSC;

b. cuțite din oțel aliat de scule;

c, cuțite din oțel rapid Rp;

d. cuțite având carburi metalice CM;

e. cuțite având plăcuțe mineralo-ceramice;

f. cuțite cu diamant;

g. cuțite având materiale extra-dure. [1]

Capitolul II

Strunguri CNC

2.1. Strungul. Generalități

Pentru prelucrarea suprafețelor de rotație exterioare prin așchiere se folosesc mașini-unelte denumite strunguri. Strungurile sunt construite într-o largă varietate de tipuri și dimensiuni impuse de dimensiunile, forma și materialul piesei de prelucrat, de precizia dimensionala și calitatea suprafețelor acestora și de productivitatea lor. [2]

Strungurile pot fi clasificate după următoarele criterii:

– după precizia dimensională și calitatea suprafeței: cu precizie normală și de precizie;

– după greutate și dimensiuni: mici, mijlocii, grele și foarte grele;

– după numărul arborilor principali: monoax și multiax;

– după poziția arborelui principal ;

– după gradul de automatizare: cu comandă manuală, semiautomate, automate și cu comandă după program sau comandă numerică;

– după gradul de universalitate: universale,specializate si speciale; [2]

2.2. Sisteme CNC

Sistemele CNC (Computerized Numcrical Control) sunt sisteme de comandă prin calculator a mașiniior unelte care utilizează calculatoare de capacitate mică pentru comanda unei singure rnașini unelte sau a mai multor mașini identice pe care se execută aceleași operații. La aceste sisteme, calculatorul preia o parte din funcțiile echipamentului de comandă numerică. [2]

Deosebirea de bază dintre sistemele de comandă CNC și cele de comandă numerică “clasică” (NC) constă în modul prin care se realizează funcțiile comenzii numerice și mai puțin în natura funcțiilor care pot fi realizate. În cazul comenzii numerice (NC), funcțiile echipamentului se realizează printr-o logică cablată (hardware) pe când la sistemele CNC o parte din funcții se realizează prin logică cablată, iar o altă parte prin sistemul programelor de calculator (software). Ca urmare sistemele CNC înlocuiesc sistemele de comandă numerică “clasică” acolo unde se cere o putere mai mare de calcul și o flexibilitate mărită în programare. [2]

Structura de bază a unui sistem CNC cuprinde următoarele elemente:

– calculatorul, având o unitate centrală, o memorie internă și o unitate de legătură cu perifericele;

– cititorul de bandă perforată;

– panoul de comandă pentru operator;

– interfața dintre calculator și mașina unealtă. [2]

Toate aceste echipamente (hardware-ul sistemului) funcționează conform programelor

de bază și aplicative (software). [2]

Memoria internă a calculatorului stochează o serie de programe necesare realizării algoritmilor pentru interpolare liniară și circulară, pentru regimul de poziționare, pentru corecțiile de sculă, pentru comanda organelor de execuție ale mașinii, pentru redactarea programului utilizator, etc. [2]

În cazul comenzii numerice “clasice”, acești algoritmi sunt realizați prin logică cablată sub forma blocurilor componente ale echipamentului de comandă numerică. [2]

Sistemul de programe care asigură prelucrarea algoritmilor prezentați mai sus, realizarea funcțiilor logice, conversia codurilor, etc., reprezintă sistemul programelor de bază, (software-ul de bază) el fiind oferit de constructorul sistemului. Acest sistem permite calculatorului să prelucreze programele utilizatorului sistemului (software-ul aplicativ). Performanțele unui sistem CNC depind în bună măsură de modul de organizare a programelor de bază, pe când la un sistem de comandă numerică “clasică” aceste performanțe depind de complexitatea echipamentului. Structura sistemului programelor de bază trebuie să facă posibilă folosirea completă a flexibilității calculatorului pentru orice tip de mașină-unealtă și să permită adaptarea ușoară a sistemului la condițiile concrete de producție. [2]

Interfața între minicalculatorul electronic și mașina unealtă asigură realizarea următoarelor funcții principale:

– realizarea compatibilității între forma în care se face transmiterea comenzilor spre organele de execuție ale mașinii unelte și forma în care informația este utilizată de către calculator;

– transmiterea efectivă a semnalelor de putere pentru comanda organelor de acționare (relee, servovalve, contactoare, etc.);

– recepționarea de la diferite traducătoare de pe mașina unealtă a semnalelor, continue sau discrete, reprezentând mărimea deplasării săniilor, uzura sculei, amplitudinea și frecvența vibrațiilor, temperatura (în cazul comenzii adaptive);

– generarea sistemelor de întrerupere, prin care se furnizează frecvența de tact după care calculatorul emite o nouă valoare a poziției de referință, aceasta purtând și numele de frecvență de serviciu. [2]

Panoul de comandă al operatorului asigură comunicarea cu calculatorul pentru a realiza:

– introducerea manuală a programului piesă;

– modificări în program;

– selectarea și corecția sculelor;

– avansul rapid;

– stabilirea punctului de referință al mașinii;

– prelucrarea în “oglindă” etc. [2]

Acest panou permite vizualizarea pe un ecran sau pe un sistem de afișaj a numărului secvenței de lucru, mărimea deplasării, numărul sculei, etc. De asemenea, sistemul de vizualizare se folosește în regim de testare și corectare a programelor-piesă sau în regim de punere la punct a diferiților algoritmi de comandă. [2]

Cititorul de bandă perforată se utilizează numai pentru introducerea datelor conținute în programul-piesă în memoria internă a calculatorului; în timpul lucrului cititorul de bandă nu este utilizat. [2]

Din punctul de vedere al programării, echipamentele de comandă numerică de tip CNC oferă următoarele avantaje și posibilități suplimentare de lucru:

– programarea parametrică;

– programarea ciclurilor automate de prelucrare;

– apelarea din memorie a programelor principale și a subprogramelor;

– utilizarea subprogramelor standard;

– regimuri de afișare în coordonate mașină, coordonate piesă, valori efective ale avansului, turației, diferențe de parcurs pe axe, decalări de origine și constante de sculă;

– utilizarea diagnozelor de erori. [2]

2.3. Mașini unelte cu comandă CNC

Primul pas în flexibilizarea mașinilor-unelte a constat în realizarea mașinilor unelte cu comandă numerică NC (Numerical Control), ce permit obținerea unei piese după program, cu economie de timp în schimbarea producției și mărirea gradului de utilizare a materialului. Acest tip de mașini vor fi denumite în continuare M-UCN. [2]

Comanda unei M-UCN este realizată cu ajutorul unui echipament de comandă numerică (ECN), care permite citirea programului sursă și realizarea instrucțiunilor specificate. Dezavantajul major al unui astfel de echipament, datorită stadiului general al tehnicii la momentul în care a fost proiectat, constă în absența memoriei de tip RAM (Random Access Memory). Un ECN este prevăzut doar cu regiștri în care sunt stocate constante de prelucrare (lungimi, coreții, turații, avansuri etc.). [2]

Lipsa unui sistem de memorare a impus ca toate funcțiile pe care trebuie să le îndeplinească un echipament de comandă numerică să fie realizate cablat (funcții hardware). Această concepție impune un mod simplu de programare, relativ rigid, ce nu permite lucrul cu variabile, subprograme sau macrouri. În aceste condiții pentru fiecare piesă în parte trebuie realizat câte un program sursă, fără a permite adaptarea interactivă a procesului la aspecte particulare legate de material sau de scule. [2]

Conform celor menționate, programarea unei mașini-unelte cu comandă numerică constă în definirea tuturor parametrilor geometrici, tehnologici și auxiliari, rolul echipamentului de comandă fiind doar acela de a transmite mașinii succesiunea de instrucțiuni specificate, cu verificarea buclelor de pozitie, viteză și turație, ținând cont de un număr restrâns de interacțiuni “specificate” din construcție prin cablaj sau relee electromecanice. [2]

Odată cu dezvoltarea microprocesoarelor și a dispozitivelor de memorare a apărut și un nou tip de echipament de comandă denumit CNC (Computer Numerical Control). [2]

Un echipament de tip CNC se poate defini ca fiind un echipament de comandă numerică în care a fost integrat și un micro sau mini calculator. Astfel caracteristicile comenzii numerice CNC sunt: rapiditate, precizie, flexibilitate. [2]

Sistemele CNC se împart în două familii: CNC-urile din prima generație, denumite și CNC-uri clasice și CNC-uri din generația a doua, denumite și CNC-uri moderne. Indiferent de generația din care fac parte sistemele CNC prezintă o scrie de proprietăți comune:

• încorporează un calculator mono sau multi procesor ce poate prelucra informația pe 8, 16, 32, sau 64 de biți;

• toate funcțiile, care la sistemele NC erau cablate (ex.: funcțiile de interpolare, semnale de protecție interconectate, etc.), sunt conținute în sistemul de programare, sistem ce poate fi ușor copiat modificat sau actualizat;

• asigură acceptarea programelor de la diferite medii de stocare bandă perforată, suporți magnetici (casete, hard discuri și dischete), cărți-de-memorie (Memory-Card), sau de la alte sisteme de calcul;

• conțin programe specializate care permit editarea, vizualizarea corectarea și rularea programelor sursă; permit o utilizare ușoară datorită ferestrelor de dialog;

• acceptă și programele destinate sistemelor NC;

• permit programarea în limbaje evoluate (Pascal, C, Basic) a unor funcții speciale solicitate de utilizator;

•-pentru transferul rapid de date și semnale, sistemul are prevăzute interfețe specializate;

• au asigurată o interfață cu programele CAD-CAM. [2]

În cadrul primei generații de CNC-uri aspectul și funcțiile de bază ale echipamentului de comandă numerică nu diferă față de cel al NC-urilor. Elementul de noutate constă în faptul că atât funcțiile standard cât și noile funcții sunt realizate prin program. [2]

Evoluția spectaculoasă a echipamentelor de comandă numerică, de la cele destinate mașinilor-unelte cu comandă numerică (M.-U.C.N ) și până la CNC-urile moderne, pare de domeniul science-fiction. Dacă inițial sistemul de calcul a avut o influență modestă în cadrul echipamentului de comandă, în prezent s-a ajuns ca acesta să „devoreze” structura hardware, într-un calculator personal putând fi inclus întreg echipamentul de comandă numerică. [2]

În cadrul CNC-urilor moderne există o serie de facilități funcționale ce permit o programare mai sigură și mai ușoară. Astfel se poate face definirea semifabricatului, a formei produsului finit, selectarea sculelor precum și simularea grafică și dinamică a întregului proces. Acest mod de programare permite depistarea și corectarea erorilor din programul sursă, până la completa lor eliminare. În acest mod codul sursă generat, codificat după norma EIA sau ISO, este lipsit de erori de sintaxă iar pericolul coliziunilor neprevăzute este eliminat. [2]

Toate aceste facilități de programare permit utilizatorului să se concentreze mai puțin asupra programării și mai mult asupra procesului de prelucrare. Acest mod de lucru are o denumire consacrată „Programare Orientată pe Producție” WOP (Workshop Oriented Programming), care ține cont atât de posibilitățile mașinii-unelte cât și de caracteristicile de producție în care mașina lucrează. [2]

2.4. Strunguri CNC

Primele mașini-unelte, care au beneficiat de echipamente CNC, au fost strungurile cu comandă numerică. Acest lucru se datorează faptului că în varianta clasică, pentru obținerea pieselor de revoluție este suficient să fie comandate doar două axe, sau maxim trei în cazul în care strungul este prevăzut și cu un cap revolver. În fig. 2.1. este reprezentat un strung cu comandă numerică cu cap revolver pentru care sunt prezentate axele cinematice comandate numeric. Axa principală de translație longitudinală Z, axa transversală X și axa de deplasare longitudinală a capului revolver W. [2]

Ulterior, odată cu dezvoltarea sistemelor de comandă, au fost realizate și modele mai complexe de strunguri având câte 4, 5 sau mai multe axe comandate numeric. În această categorie de strunguri se încadrează strungurile de tip multiax, strungurile cu cap revolver și sănii multiple precum și strungurile carusel. În continuare sunt prezentate câteva modele din acest tirnp de strunguri. În fig. 2..2 este reprezentat un strung cu comandă numerică de o construcție mai complexă, ce este prevăzut cu un sistem automat de prindere a piesei (atât în universal cât și între vârfuri), precum și cu două sânii. Pe fiecare din cele două sănii se află amplasat câte un cap revolver. Ambele sânii au câte o pereche de axe comandate numeric. Axele Z și W pentru deplasările longitudinale și axele X și U pentru deplasări transversale, respectiv radiale. [2]

2.5. Strunguri CNC multiax

Strungurile automate pot fi definite ca mașini-unelte destinate producției de serie mare sau de masă a unor piese mici, complexe, executate din bară sau din teavă, piese ce necesită, o precizie mare de prelucrare. Operațiile sunt comandate cu ajutorul camelor plane sau spațiale. În cazul mașinilor monoscop sau a celor utilizate pentru producție de serie mare sau de masă, acest mod de comandă constituie o soluție economică. Datorită posibilității de prelucrare simultană și a unui sistem de alimentare automat, ce permite prelucrarea mai multor fețe ale semifabricatului, timpul de producție este scurtat foarte mult. În plus, pe lângă prelucrările prin așchiere, pe acest tip de mașini-unelte pot fi realizate și anumite operații de montaj cum ar fi cele de introducere de știfturi, înșurubări, etc. [2]

Evoluția și avantajele pe care le-au adus echipamentelor CNC se reflectă și în cadrul strungurilor automate, mono și multi ax, caracterizate în special prin faptul că sunt strunguri automate și nu necesită, a fi comandate numeric. În fig. 2.4. este prezentat un strung multiax cu comandă numerică. [2]

În cazul strungurilor cu comandă numerică de tip CNC, traiectoria, viteza de deplasare, precum și turația arborelui principal pot fi reglate mult mai ușor și mai sigur, în condițiile în care timpul de prelucrare se poate reduce cu până la 85%. [2]

2.6. Programarea strungurilor CNC

Dacă programarea primelor strunguri cu comandă numerică a fost foarte sirnplă, datorită evoluției rapide a variantelor constructive a complexității mașinilor-unelte și a echipamentelor de comandă numerică, programarea manuală a devenit greoaie. Această constatare a dus la necesilatea dezvoltării unor posibilități de programare mai simple, ușor de înțeles și ușor de învățat. [2]

În prezent, interfețele „prietenoase” și ferestrele grafice constituie un mediu de programare larg acceptat. De aici și până la utilizarea calculatoarelor personale în programarea mașinilorunelte cu comandă numerică nu a fost decât un pas. [2]

Capitolul III

Proiectarea reperului de tip piston în NX

Fabricarea pe un strung cu comandă numerică

O întreprindere este profitabilă dacă realizează produse competitive. În  condițiile actuale ale economiei de piață și ale globalizării piețelor, realizarea de produse la un preț redus și calitate ridicată nu este o sarcină ușoară.

Tendințele de dezvoltare a pieței produselor sunt caracterizate de urmatoarele cerinte de bază :

– variante noi de produse ;

– durata de existență redusă a produsului ;

– dimensiuni mici ale loturilor ;

– termene de livrare scurte ;

– presiune ridicată asupra prețului ;

– cerințe stricte de calitate ;

– eliminarea ecologică a produsului la sfârșitul ciclului de viață.

Pentru elaborarea modelului geometric și pentru fabricația asistata s-a utilizat programul UGS NX 7.5, având modul pentru proiectarea parametrică bazat pe entități cât și un modul pentru fabricația asistată.

NX adună laolaltă, într-o soluție unificată, toate disciplinele și activitățile implicate în procesul de producție al unui produs. Include o gamă largă de aplicații bazate pe aceeași platformă, furnizând astfel o soluție asociativă și integrată, informațiile se propagă astfel rapid și de-a lungul întregului proces de proiectare și producție. Aceste informații sincronizate permit o colaborare a tuturor celor implicați, eliminând astfel consumul inutil de resurse, datorat transferului informațiilor între departamente, sisteme și stadii ale procesului de producție.

Aplicația NX Turning

Nevoia de a fabrica piese strunjite reprezintă un lucru extrem de comun în industria actuală, precum construcția de mașini, industria aerospațială, de automobile. Precum și în cazul altor domenii de fabricație, mașinile unelte folosite la strunjire au suferit schimbări rapide datorate progresului tehnologic și necesității de îmbunătățire a productivității. Noile echipamente de strunjire au făcut progrese remarcabile legate de automatizare, eficiență, universalitate, legate de posibilitatea de a prelucra atât prin frezare cât și prin strunjire.

Modulul Turning utilizează Operation Navigator pentru a organiza operațiile și parametrii. Putem astfel crea operații de strunjire pentru degroșare, finisare, găurire și filetare. Parametrii acestor operații, cu ar fi geometria, metodele de fabricare și sculele pot fi specificate prin grupurile părinte, parametrii putând fi moșteniți către operațiile subordonate. Alți parametrii vor fi definiți în interiorul operațiilor individuale. Pe măsură ce piesa parcurge operațiile din program, semifabricatul dintre operații (In Process Workpiece – IPW). Se actualizează ținând cont de modificările suferite și permite afișarea grafică a materialului care a mai rămas de îndepărtat. Modulul Turning permite afișarea acestui semifabricat, după fiecare operație generată.

Beneficiile utilizării aplicației Turning sunt:

– detectarea automată a regiunilor de prelucrare pentru operațiile de degroșare și finisare, permit obținerea mult mai rapidă a rezultatelor, mai ales în cazul operațiilor succesive;

– posibilitățile de animație a îndepărtării de material, atât în modul 2D cât și în modul 3D, pentru a verifica traseul sculei și a evita coliziunea acesteia cu piesa sau elementele de fixare;

– rapiditatea de a crea scule și operații de strunjire, frezare sau găurire în aceeași sesiune de programare, în cazul mașinilor multifuncționale;

– posibilitatea de a crea programe de comandă numerică pentru mașinile cu mai mulți arbori, putem astfel programa separat operațiile pentru fiecare arbore și apoi reordona operațiile prin sincronizare.

Pentru a crea un mediu de strunjire în aplicația NX Turning este necesar să inițializăm opțiunea turning din fereastra definirii template-ului CAM. Acest lucru va crea în fișierul curent grupuri părinte specifice lucrului cu NX Turning (Method, Geometry).

3.1. Proiectarea asistata a reperului

În acest capitol vom parcurge procesul de proiectare în NX al unui piston. Aceasta s-a realizat în modulul Modeling a programului plecând de la o schița ce conține semi-secțiunea unui piston.

După ce am definit toate constrangerile și am cotat toate dimensiunile (fig. 3.2.), vom realiza modelul 3D prin aplicarea funcției Revolve, unde profilul de revoluție este cel din fig.3.1., iar axa de revoluție este axa XC. Astfel modul 3D creat este prezentat în fig. 3.3.

Fabricarea asistata de calculator

Pentru realizarea simulării vom folosi modulul Manufacturing ca în fig. 3.4.

Astfel , vom inițializa mediul de lucru pentru strunjire. Urmatorul pas este stabilirea etapelor ce vor trebui să fie efectuate.

Astfel, etapele sunt:

– stabilirea traseului tehnologic;

– alegerea geometriei piesei și semifabricatului;

– selectarea sculelor;

– realizarea operațiilor.

3.2. Stabilirea traseului tehnologic

Traseul tehnologic va fi asemănător cu traseul tehnologic clasic, doar că va avea câteva particularități:

– dat fiind faptul că vom prelucra semifabricat cu lungime prestabilită, rezultă că acestea au fost debitate anterior;

– nu vom avea faze, ci doar operații;

– din lipsă de un strung cu comandă numerică fizic, vom folosi scule așchietoare din libraria de scule a programului, iar pentru generarea programului cod mașină vom folosi un postprocesor pentru un strung cu comandă numerică cu 2 axe.

Astfel, traseul tehnologic este prezentat în fig. 3.5.

3.2.1. Alegerea geometriei piesei

În fereastra Workpiece vom alege butonul Part și apoi vom apăsa Select pentru a selecta piesa (fig. 3.6.).

Vom alege ca material din libraria de materiale a programului, Carbon Steel, echivalentul lui OLC45. Drept semifabricat (fig. 3.7.) am ales o bară laminată de secțiune circulară, având lungimea de 34 mm și diametrul de 30 mm, semifabricat ale carui dimensiuni au fost calculate anterior (fig. 3.8.).

În fereastra WORKPIECE vom alege butonul Part și vom da Select pentru a selecta piesa ce urmează a fi prelucrată. Semifabricatul ales este o bară laminată, ulterior vom modifica valoarea pe axa XC cu valoarea de -2.

3.2.2. Alegerea sculelor așchietoare

Sculele așchietoare se vor alege din librăria de scule așchietoare Create Tool a programului, (fig. 3.10.). În zona Tool Subtype avem toate tipurile de scule pe care le putem folosi în aplicația Turning. Noi vom alege:

– pentru găurire – burghiu ;

– cuțite pentru strunjire exterioară – OD_80_L , OD_80_R , OD_55_L și OD_55_R ;

Pentru toate sculele se bifeaza Use Turn Holder ca în fig. 3.11. a. și b.

3.3. Crearea operațiilor

Strunjirea frontală de degroșare I

Pentru crearea operațiilor se folosește metoda Create Operation, de unde selectăm FACING (fig. 3.12.).

La Location alegem scula de strunjit OD_80_L de la Tool, la Geometry selectăm TURNING_WORKPIECE, iar ca metodă alegem LATHE_GROOVE și dăm OK. Din fereastra Facing selectăm Edit de la Cut Region (fig. 3.13.).

La metoda Cut Regions selectăm Specify Point pe Axial Trim Plane 1 și aplicăm în partea frontală a piesei după cum urmeaza în fig. 3.14.

Drept sculă așchietoare vom folosit cuțitul de strunjire frontală pentru exterioară OD_80_L și metoda LATHE_ROUGH pentru a prelua automat adaosul de prelucrare (fig. 3.15.).

Strunjire frontală de finisare I

După operația de degroșare frontală , vom executa operația următoare , cea de finisare, utilizând același cuțit OD_80_L , iar metoda fiind LATHE_FINISH pentru a prelua automat adaosul de prelucrare (fig. 3.16.).

Strunjire longitudinală de degroșare I

Vom selecta operația ROUGH_TURN_OD necesară degroșării de la dreapta la stânga a piesei, utilizând cuțitul OD_55_L și vom folosit metoda LATHE_ROUGHT pentru a prelua automat adaosul de prelucrare eliminând longitudinal materialul, iar modul de tăiere va fi Linear Zig conform fig. 3.17.

Strunjire longitudinala de finisare I

Pentru această operație vom folosi drept sculă așchietoare cuțitul de strunjire OD_55_L și metoda LATHE_FINISH pentru a prelua automat adaosul de prelucrare, iar ca metodă de tăiere vom folosi metoda de tăiere Contour_Zig (fig. 3.18.).

În acest moment, din prima prindere, piesa a fost prelucrată. Urmează întoarcerea piesei, prinderea acesteia și prelucrarea pe partea stângă.

Strunjire frontala de degrosare II

Vom alege operația ROUGH_TURN_OD, ca și scula așchietoare vom folosi cuțitul de strunjire OD_80_R și metoda LATHE_ROUGH pentru a prelua automat adaosul de prelucrare (fig. 3.19.).

Strunjire frontală de finisare II

Pentru finisarea frontală II vom folosi cuțitul de strunjire OD_80_R și ca metodă, vom folosi LATHE_FINISH pentru a prelua automat adaosul de prelucrare.

Strunjire longitudinală de degrosare II

Pentru strunjirea de degroșare II din fig. 3.21. vom folosi scula așchietoare de tip cuțit de strunjire OD_55_R și vom folosit metoda LATHE_ROUGHT pentru a prelua automat adaosul de prelucrare.

Strunjire longitudinală de finisare II

Drept sculă așchietoare vom folosit cuțitul de strunjire OD_55_R și vom folosi metoda LATHE_FINISH pentru a prelua automat adaosul de prelucrare (fig. 3.22.). Am folosit metoda de taiere Contour_Zig.

Operația de găurire

În continuarea traseului tehnologic, vom modifica scula cu un burghiu: DRILLING_TOOL cu diametrul de 15 mm și lungimea de prelucrare de 19 mm . Tipul operației va fi CENTERLINE_DRILLING și metoda LATHE_CENTERLINE (fig. 3.23.), după care vom da OK.

Pentru orientarea burghiului vom selecta Reverce Direction, Non Cutting Moves și alegem punctul de start pentru burghiu (fig. 3.24.), vom da OK, după care vom acționa butonul Generate pentru a ne arăta suprafața care urmează a fi prelucrată (fig. 3.25.).

După ce am parcurs întreg procesul tehnologic al pistonului, vom face o simulare parcurgând următorii pași: Program Order View unde vom da Verify Tool Path . Selectam 3D Dynamic, Tool Display – Solid, alegem viteza de la Animation Speed și vom da Play (fig. 3.26.).

Capitolul IV: Studiu de caz

În capitolul acesta vom parcurge procesul tehnologic de fabricație și de control al unui piston prelucrat pe un Strung CNC (fig.4.1.).

Pistonul este un organ de mașină, care are o mișcare rectilinie alternativă într-un cilindru si care servește la închiderea unui spațiu de volum variabil al cilindrului, umplut cu aer, amestec carburant sau cu un fluid sub presiune. Pistonul e folosit pentru transformarea energiei interne în lucru mecanic la mașinile motoare, sau invers, la mașinile generatoare. În primul caz pistonul este acționat de energia internă, iar în al doilea el acționează asupra aerului sau fluidului (compresor, motor hidraulic). De obicei pistonul este cuplat la un mecanism bielă-manivelă. [3]

La mașinile termice la care distribuția se face prin ferestre, pistonul are și funcția de a le deschide sau închide. [3]

Părțile pistonului sunt următoarele:

– Capul, care are rolul de a prelua presiunea, de a da forma camerei de lucru (camera de ardere la motoare, respectiv spațiul vătămător la compresoare cu piston), iar la unele pistoane (la procedeul de injecție Meurer de la motoarele diesel) și de a vaporiza combustibilul. Una din multe forme ale capului pistonului este; capul cu deflector.

– Fusta, sau mantaua, care are rolul de a ghida pistonul în cilindru la pistoanele care nu sunt ghidate de tije cu cap de cruce.

– Umerii, care sunt niște bosaje care permit realizarea unei suprafețe de contact suficiente între piston și bolț, la pistoanele care nu transmit forța prin tije cu cap de cruce.

– Canalele pentru segmenți, care servesc ca suport și ghidaj pentru segmenții care asigură etanșarea cilindrului. [3]

4.1. Prelucrarea și etapele procesului de fabricție ale pistonului

Verificarea documentație:

– Se verifică existența desenului de execuție din fig. 4.2., fișa de urmărire în care sunt descrise toate operațiile și fișa de măsurători din tabel. 4.1.

– Se verifică să fie corecte datele trecute în documentație referitoare la material care trebuie să fi conform celui din certificatul de material.

Tabel 4.1. Fișă de măsurători

Debitarea:

– Se va lua o bară de oțel aliat de tip: D 30/ 35 NCD 16 – STAS 791-80 de Ø 30 mm;

– Se va debita la L= 34mm pentru o bucată cu un ferăstrău pentru debitat PILOUS ARG 500 PLUS S.A.F. din fig. 4.3. și obținem semifabricatul din fig. 4.4.;

– Control.

Verificarea durității:

– Se va verifica duritatea materialului cu ajutorul unui durometru digital HD 190 (fig. 4.5.).

Pentru operațiile de strunjire vom folosi un Strung CNC, cu scule antrenate, axa C, model OKUMA LB 15M (fig.4.5.).

Scule necesare pentru procesul de strunjire:

– pentru strunjirea exterioară de degroșare vom folosi un cuțit pentru strunjire exterioară de degroșare la 55o și Ra= 0,4 (fig. 4.5. a.);

– pentru strunjirea exterioară de finisare vom folosi un cuțit pentru strunjire exterioară de finisare la 55o și Ra= 0,2 (fig. 4.5. b.);

– pentru găurire vom folosi un burghiu de 14 mm (fig. 4.5. c.);

– pentru strunjirea găurii vom folosi un cuțit de strunjit pentru interior (fig. 4.5. d.).

Strunjire din prima prindere:

– Prins semifabricatul în universal și centrat;

– Strunjit frontal de degroșare I, îndepărtat adaos până la L= 32,5 mm, pentru această operație folosim un cuțit de degroșare ca în fig. 4.4. a.;

– Strunjit frontal de finisare I, finiție până la L=32 mm, pentru această operație folosim un cuțit de finisare ca în fig. 4.4. b.;

– Strunjit longitudinal de degroșare I, îndepărtat material până la cota Ø27 mm;

– Strunjit longitudinal de finisare I conform desenului din fig. .4.5.

– Executat șanfren L= 0,5 ±0,2 x45ș

– Desprins piesă;

– Control.

După strunjirea din prima prindere obținem fig. 4.6.

Strunjire din a doua prindere:

– Prins piesa în universal și centrat;

– Strunjit frontal de degroșare II, pentru această operație folosim un cuțit de degroșare ca în fig. 4.4. a.;

– Strunjit frontal de finisare II, finisat până la L= 30 mm, pentru această operație folosim un cuțit de finisare ca în fig. 4.4. b.;

– Executat gaură (fig. 4.6.) cu un burghiu de 14 mm ca în fig. 4.4. c. la L=18.5 mm ca în desenul din fig. 4.8.;

– Strunjit interior alezaj (fig. 4.7.) cu un cuțit de interior ca în fig. 4.4. d. la cota finală de Ø15 mm pe o lungime de 19,00 +0,25 mm;

– Control.

Ajustură:

– Debavurat muchii și șanfrene conform desenului de execuție;

– Rotunjit muchii;

– Control ajustura.

Control:

– Inspecție vizual și dimensional conform desenului de execuție din fig. 4.2.;

– Completat fișa de măsurători (Tabel 4.1.):

Pentru fiecare cotă, este trecut în fișa de măsurători, echipamentul cu care se măsoară acea cotă;

În cazul în care piesa este neconformă, adică una sau mai multe dintre cote se afla înafara toleranței specificate în desenul de execuție, se va întocmi un document în care se vor enumera neconformitățile găsite, la care inginerul trhnolog va lua o decizie.

Aceasta poate fi: reprelucrarea în cazul în care se mai poate remedia sau rebut, când nu se mai poate face nimic la piesă.

Degresare suprafețe:

– Înlaturarea uleiurilor și a grăsimilor de pe suprafețele piesei se realizează cu ajutorul detergenților alcalini ce au la baza agenti tensioactivi. [7]

– Curățarea se face de regulă prin pulverizare de soluție încălzită de apă și detergent pe suprafața piesei.[7]

– După degresare piesele se vor manipula cu mănuși curate din bumbac.

Detensionare:

– Detensionarea are ca scop eliminarea tensiunii acumulată în piesă în timpul prelucrarilor.

– Pentru detensionare se folosește un cuptor ca în fig. 4.9.

– Se va seta cuptorul timp de 30 min la o temperatură de 400o C.

Pasivizare:

– Pasivizarea este operația prin care pe suprafețele proaspăt decapate în fazele anterioare, se formează un strat protector pasiv la actiunea oxigenului și a umidității, strat care împiedică temporar corodarea acestora. [9]

– Operația se realizeaza prin recircularea timp de 4-6 ore la temperatura de 60-65o C a unei soluții de pasivizare . Soluția se adaugă direct în circuitul de spălare, în porțiuni, făcându-se controlul pH-ului după fiecare cantitate adaugata la cca. 10 minute, timp în care soluția se omogenizează prin recirculare cu pompa de spălare. [9]

Inspecția pasivizării:

– Se execută vizual, prin verificarea existenței unui strat protector uniform, de o culoare gri-argintie.

– Soluția rezultată la pasivizare, se neutralizează și va fi eliminată în conformitate cu prevederile legislației de mediu privind apele uzate.

Inspecție finală:

– Identificare piesă;

– Control 100 % aspect;

– Verificat debavurare muchii;

– Să nu existe defecte de suprafață, urme de coroziui, lovituri sau zgârieturi;

– Verificat documentație.

Ambalare:

– Ambalat în pungă polietilenă;

– Marcat pe ambalaj reperul piesei

Concluzii

O mașina CNC poate fi folosită pentru producerea unei piese conform programului încărcat în memorie, fiind capabilă să execute 10, 100, 1.000, sau mai multe piese exact la fel, fara abateri. Un strungar nu poate executa doua piese exact la fel. Probabil 10% din  piese vor trebui să fie reajustate sau vor fi rebutate. Repetabilitatea atinsă de mașinile cu comenzi numerice nu se poate compara cu cea a unui operator uman.

Tot ce ține de prelucrare CNC se afla sub controlul calculatoarelor și de aceea nu au cum să fie greșeli în efectuarea pieselor, specialiștii trebuie să folosească un limbaj de specialitate la introducerea datelor și nu oricine se pricepe să facă acest lucru aparent simplu din punctul de vedere a unor anumiți oameni.

Cu siguranță prelucrarea CNC nu poate să aducă altceva decât avantaje foarte mari în ceea ce privește precizia pieselor realizate, dar și complexitatea acestora. Se realizează cu această tehnologie anumite proiecte care nu ar fi putut să fie duse la bun sfârșit cu nici un alt fel de aparate și mai ales manual

Bibliografie

[1] http://documents.tips/documents/prelucrare-prin-strunjire.html

[2] Fetche, V., Telea, D., Breaz, R., Bârsan, I., Pîslă, A., Mașini unelte cu comandă numerică, vol. I, Programarea, Editura Unniversității din Sibiu, 1997.

[3]https://biblioteca.regielive.ro/referate/mecanica/tehnologia-de-fabricatie-a-pistonului-230211.html

[4] http://pilous.cz/en/saws-for-metal/band-saws-for-metal/hydraulic-semi-automatic/arg-500-plus-saf/

[5] http://www.instrumentedemasura.com/instrumente-de-masura-/durometru.html

[6] https://cncmachines.net/product/okuma-lb-15m-mark-ii/

[7] http://www.blautech.ro/tehnologii/degresare-alcalina

[8]https://www.google.ro/search?q=cuptor+detensionare&espv=2&biw=716&bih=709&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwjxzKeBts_NAhXH0xQKHaDWA_kQ_AUI BigB#tbm=isch&q=detensionare&imgrc=Ii9iF3Uss5SHgM%3A

[9] http://www.chemstal.ro/produse/pasivizarea-LBXSRVCCI5

[10] https://www.refu.ro/ce-inseamna-prelucrarea-cnc/

[11] Zetu, D., Biber, Gh., Boncoi, Gh., Mașini-unelte automate și cu comandă numerică, Editura didactică și pedagogică, București, 1982.

[12] Popp, O.I., Telea, D., Cărpinișan, Adrian., Exploatarea mașinilor unelte cu comandă numerică, Editura Universității „Lucian Blaga” din Sibiu, 2001.