Definirea Masinii Unelte Si Router Cnc

Introducere

Prelucrarea metalelor este una dintre cele mai vechi ocupații ale omului. O dată cu trecerea timpului, abilitatea de prelucrare a metalelor, utilizate în special pentru construcția de arme și unelte casnice, a condus la dezvoltarea neîntreruptă a economiei.

În zilele noastre, prelucrarea cu mașini-unelte este una dintre cele mai importante activități pentru susținerea și dezvoltarea industrială. Dintre industriile beneficiare ale produselor executate cu aceste mașini-unelte, cea mai importantă este industria constructoare de mașini. Industria auto, aeriană și navală utilizeaza motoare care au în componența lor piese mecanice prelucrate foarte precis. Componentele hidraulice și pneumatice, motoarele electrice, echipamentele mecanice din liniile de producție automatizate, iar în domeniul casnic: mașinile de cusut și de spălat, toate acestea și multe altele sunt construite cu piese prelucrate cu ajutorul unei mașini-unelte sau a unei mașini-unelte cu comandă numerică.

Masinile-unelte controlate numeric se mai numesc si masini CNC. Controlul numeric rezidă într-un proces de ,,alimentare'' continuă a unui controller programabil în construcție specială, cu un set de instrucțiuni(formate din litere și cifre) astfel încât să poată fi controlate mișcările unei mașini-unealtă pentru a putea obține forme cât mai precise. Procesul de realizare a diferitelor forme este unul cât se poate de simplu. Acesta se realizează cu ajutorul unor soft-uri CAD CAM, cele mai utilizate sunt : Catia, SolidWorks si SolidCam, ProEngineer, Autocad, Mach 3 si LayCam, FoamWorks si CadWorks.

Dar cum este construită o mașină cu comandă numerică ? Construcția /structura acesteia este destul de simplă, codul G generat de unul dintre softurile CAD CAM este introdus în interfața mașinii prin intermediul unui port USB, interfața transformand codul G în impulsuri care sunt trimise, de regulă la trei motoare pas cu pas care sunt conectate la trei sau mai multe șuruburi ( clasice sau cu bile ), care pun in mișcare freza sau scula așchietoare de pe mașină realizând exact forma și dimensiunile date de prin intermediul codului G.

Noțiuni introductive

1.1 Definirea mașinii-unelte și router CNC

Atunci când lucrezi cu materiale moi cum ar fi : lemnul, plasticul, etc, folosim un router CNC. Majoritatea acestor materiale vin sub formă de foi, așa că un router CNC în mod normal are 3 axe ( X, Y, Z ), iar axa Z este poziționată de sus in jos. Asta înseamnă că poți tăia mai ușor foile de material.

Mașina-unealtă face parte din marea grupă a mașinilor de lucru, al căror scop fundamental este de a modifica forma materialului, printr-un proces tehnologic oarecare, in condiții economice optime.

Astfel, războiul de țesut transformă firele de bumbac în pânză prin procesul tehnologic de țesut, în condiții de calitate superioară și preț de cost minim. Similar, mașina-unealtă transformă o bară de oțel, prin procesul de așchiere, în șuruburi de anumite dimensiuni și de o anumită precizie, în condiții economice mult mai avantajoase decât dacă aceleași șuruburi ar fi confecționate manual.

Mașina-unealtă este o mașină de lucru destinată generării suprafețelor pieselor prin procesul tehnologic de așchiere în anumite condiții de precizie dimensională, calitate a suprafeței și productivate.

Se poate spune că un echipament este cu comandă numerică dacă instrucțiunile care permit funcționarea mașinii sunt transmise în formă codificată. Conform acestei definiții, prima mașină cu comandă numerică a fost războiul de țesut a lui Jacquard (1800) care avea ca port program o bandă perforată.

Prima mașină-unealtă cu comandă numerică (prototip) a apărut în anul 1952 (MIT). Ea a fost dezvoltată în USA începând cu 1942 pentru a satisface nevoile industriei aeronautice: realizarea suprafețelor complexe cum ar fi paletele elicei elicopterelor sau buzunarele de diverse forme în panouri mari de aluminiu.

Componentele unui router CNC

Un router CNC se poate mișca și tăia în trei direcții, care de obicei sunt X, Y și Z. Axa X este cea mai lungă dintre cele trei pentru că este nevoie să se miște pe toată lungimea mesei CNC-ului. Axa Y face o mișcare stânga-dreapta, în timp ce axa Z face o mișcare sus-jos. În poza de mai jos se pot vedea axele respective.

Mai jos o să prezint componentele principale ale acestei mașini și cum vin ele îmbinate ca totul sa funcționeze

Fig. 1.1. Router CNC

1.2.1 Motorul pentru frezare

Fig. 1.2. Motor pentru frezare

Motorul pentru frezare este acea parte a mașinii care face posibila îndepartarea de material. Acesta funcționează prin rotația sculei astfel realizându-se îndepartarea de material. Puterea acestuia este măsurată in Watt. Există o mulțime de tipuri de motoare de genul acesta. Unele pentru așchierea lemnului, altele pentru metale etc.

Anumite motoare pentru frezare pot fi controlate prin Controllerul CNC-ului care in funcție de duritatea materialului si de viteza de avans a mașinii determină câte Rpm sunt necesare ca acesta să producă pentru a putea realiza așchierea. Dar sunt si alte opțiuni pe care le-am putea instala pe un astfel de motor, cum ar fi: schimbarea automată a sculei, senzor de uzură a sculei etc.

Masa de lucru

Fig. 1.3. Masă CNC cu profil de aluminiu în formă de T

Masa de lucru este locul unde se petrece toată acțiunea. Masa de lucru poate fi de diferite tipuri dar principiul de funcționare este același, de a putea susține și reține greutatea pieselor de prelucrat.

Mesele de lucru pot fi de diferite tipuri. Cele mai utilizate sunt mesele pneumatice și mesele din aluminiu extrudat sub formă de T. Forma de T ajută la o prindere mai bună cu ajutorul șuruburilor sau clemelor astfel ținând piesa fixă.

Mese pneumatice sau cu sistem pneumatic este găsit pe multe masini CNC din diferite fabrici care lucrează cu produse de serie. Prinderea pe mesele pneumatice se limitează la piese de o construcție cât mai simplă, cum ar fi foile de metal.

Sistemele de acționare liniară

Acestea au rolul de a conduce săniile portante ale mobile ale mașinilor-unelte, suportând forțele pe care acestea le transmit în timpul funcționării mașinii.

Conducerea și ghidarea trebuie să se realizeze cu precizie și de durată, atât în stare liberă cât și în sarcină nominală.

Fiecare axă are un sistem de acționare linar, necesar mișcării. Acesta are în compoziția sa un motor care primește puterea necesară mișcarii ansamblului șurub-piuliță de la CNC controller.

Fig.1.4. Piulițe și șuruburi cu filet trapezoidal

La șuruburile trapezoidale, dreptunghiulare sau alte profile frecarea se face prin alunecare. Atunci când se transmite mișcarea în sensuri diferite, alternativ, apare o uzură care la mașinile unelte care foloseau sau încă folosesc șuruburi cu filet trapezoidal era compensată prin faptul că piulița care rula pe șurub era compusă din două părți fiecare în contact cu câte un flanc al șurubului. Din când în când jocul indus de uzuri devenea prea mare, cu ajutorul unei piese interpusă între cele două parți ale piuliței se refăcea pretensionarea. Iar cea mai mare problemă o la șuruburile trapezoidale o reprezintă uzura. Acestea vor căpăta jocuri semnificative, ceea ce duce la pierderea preciziei echipamentului și costuri suplimentare pentru înlocuire.

Fig.1.5. Șuruburi cu bile

Șuruburile cu bile sunt cele mai utilizate în industria mașinilor unelte pentru transpunerea mișcarii de rotație in mișcare de translație. Printre avantajele șuruburilor cu bile se numără jocul foarte mic ( de ordinul 0,001 mm ) , uzură redusă, fiabilitate în timp si avans mare de lucru.

1.2.4 Motoare pas cu pas

Fig.1.6. Motor pas cu pas ( MPP )

Motorul face legătura dintre elementele elctronice și cele mecanice ale sistemului. Acesta primește puterea necesară mișcării de la CNC controller redând astfel rotațiile necesare pentru a putea pune in mișcare mecanismul șurub-piuliță.

Sunt trei feluri de motoare pe care le putem găsi pe un router CNC, motoarele pas cu pas ( care pot fi: MPP unipolare și MPP bipolare ), motoarele servo ( care pot fi: servo motoare de curent continuu și servo motoare de curent alternativ ) și motoarele de curent continuu sau motoarele de curent alternativ asincrone si sincrone. Motoarele pas cu pas sunt cea mai ieftină varintă din cele enumerate mai sus, oferind performanțe foarte bune pentru ceea ce avem nevoie.

O definiție simplă a motorului pas cu pas este : „un dispozitiv electromecanic care convertește impulsuri electrice în mișcări mecanice discrete ”.

Axul motorului pas cu pas execută o mișcare de rotație în pași incrementali discreți

când este aplicată în secvența corectă o comanda electrică în pulsuri. Rotația motorului este

strâns legată de caracteristicile acestor impulsuri electrice. Astfel direcția de rotație a motorului

este direct legată de secvența în care sunt aplicate pulsurile electrice, de asemenea și viteza de

rotație este direct dependentă de frecvența impulsurilor electrice iar deplasarea unghiulară este

direct dependentă de numarul de pulsuri electrice aplicate.

În comparație cu alte tipuri de motoare motorul pas cu pas are o serie de avantaje:

Rotația unghiulară a motorului este proporțională cu pulsul electric aplicat;

Motorul are moment maxim în poziția oprit dacă bobinele sunt alimentate;

Poziționare precisă, cu o eroare de 3-5% la un pas, care nu se cumulează de la

un pas la altul;

Răspunsuri excelente la pornit, oprit sau schimbarea direcției de rotație;

Fiabilitate excelentă deoarece nu există perii de contact la motor, deci durata de

funcționare depinde de rulment;

Posibilitatea de a obține viteze foarte mici cu sarcina legată direct pe axul

motorului;

O gamă foarte largă de viteze de rotație;

Dezavantaje:

Rezonanța poate aparea în cazul unui control deficitar;

Controlul greoi la viteze foarte mari.

1.2.5 Sistemele electrice și electronice

Fig.1.7. Sistemul de comandă

CNC controller este creierul unui CNC. Un controller face legătura dintre computer, sistemele electrice și partea mecanică. Funcția principală a controller-ului este să primească semnal de la un computer și sa interpreteze acele semnale în mișcări mecanice pe care să le trimită motoarelor ca semnale de ieșire.

Cuvântul controller este un termen generic care se referă la unul dintre componentele principale, defapt acesta reprezintă componenta principală a sistemului CNC. Acest sistem include următoarele compenente: circuitele de protecție, driverele motoarele pas cu pas, limitatoarele de cursă, Alimentarea electrică, butoanele de pornit-oprit sau de avarie.

1.2.6 Sursa de alimentare electrică

Fig.1.8. CNC controller

Când introducem un stick în portul USB al computerului, puterea acestuia este suficientă pentru a putea pune in funcțiune stick-ul. Dar când introducem un consumator mai mare, sa spunem o imprimantă, trebuie sa folosim o sursă externă de putere, puterea computerului fiind prea mică pentru a putea pune in funcțiune imprimanta. Această condiție înseamnă că de fiecare dată când introducem un consumator mai puternic în computer avem nevoie de o sursă secundară de alimentare.

Aceeași condiție se aplică și în cazul CNC-urilor. Acestea au nevoie de o sursă de alimentare de o putere mai mică, prin care computerul spune mașinii ce să facă, și o a doua sursă de alimentare care asigură mișcările și alte operații necesare așchierii.

Sursa de alimentare electrică protejează mașina CNC împotriva tensiunilor mari de curent, care ar putea duce la scurtcircuitarea cablejelor acesteia. De aceea, sursa de alimentare electrică și driverele de comandă pentru motoarele pas cu pas sunt adesea separate de computer prin siguranțe fuzibile care protejează echipamentul în caz de tensiune de curent prea mare în rețeaua de alimentare cu curent electric.

Alegerea mini frezei CNC

2.1 Tipul frezei

Există mai multe tipuri de mașini de gravat / freze CNC, varianta aleasă de mine este una ușor de construit, freza se poate mișca pe cele trei axe, lungimea piesei de prelucrat pe axa Y nu este limitată, dar dezavantajul este că pe axa Y trebuie folosite ghidaje solide pentru că mașina se poate dezechilibra ușor.

Fig. 2.1. Mașina CNC

Pricipalele carateristici:

Dimensiunile axelor : Axa X-550 mm; Axa Y-350 mm; Axa Z-150 mm

Curse utile: Axa X-400 mm; Axa Y-300 mm; Axa Z-100 mm.

Precizie: 0,02 mm

Motor pentru frezare Kress 1050 FME-1 – Putere nominala : 1050 W

– Viteza de rotație în gol : 5000-25 000 rpm

– Diametrul gâtului de prindere :

2.2. Schema electronică

Partea de electronică se bazează pe circuitul integrat ( TB6560AHQ 3.5 A) de la Toshiba, fiind un cip foarte bun si fiabil care nu necesită multe piese pentru construcția controllerului.

Schema electronică este din datasheetul producătorului:

Fig. 2.2. Schema electronică TB6560AHQ

Model de realizare a unei gravuri, generarea codului G necesar prelucrării acesteia pe un CNC și modul de comandă al motoareleor pas cu pas

Modelul pentru gravaj a fost facut cu ajutorul programului SolidWorks, iar cu programul SolidCam s-a generat codul G.

Textul ales este unul cât se poate de simplu, punctul de plecare al sculei fiind în centru, latimea literelor fiind de 10 mm și lungimea fiind de 45 mm.

Fig. 2.3

Codul G

%

:1248

N20G91G28X0Y0Z0

N30G40G17G80G49

N40G5.1Q0

N50G5.1Q1(AICC)

N60T1M6

N70G90G54

N80G43Z3.000H1

N90S4M3

N100M8

N110G0X8.604Y4.444Z3.000

N120G1X8.604Y4.444Z-0.100F180.0

N130G1X8.161Y4.609Z-0.100F600.0

N140X7.705Y4.745Z-0.100

N150X7.242Y4.853Z-0.100

N160X6.772Y4.932Z-0.100

N170X6.300Y4.981Z-0.100

N180X5.827Y5.000Z-0.100

N190X5.546Y4.981Z-0.100

N200X5.259Y4.924Z-0.100

N210X4.976Y4.827Z-0.100

N220X4.702Y4.691Z-0.100

N230X4.448Y4.516Z-0.100

N240X4.220Y4.308Z-0.100

N250X4.025Y4.073Z-0.100

N260X3.867Y3.818Z-0.100

N270X3.746Y3.552Z-0.100

N280X3.664Y3.283Z-0.100

……………………………………………..

N1120X-8.338Y-4.186Z-0.100

N1130X-8.092Y-4.404Z-0.100

N1140X-7.825Y-4.591Z-0.100

N1150X-7.541Y-4.742Z-0.100

N1160X-7.249Y-4.858Z-0.100

N1170X-6.953Y-4.939Z-0.100

N1180X-6.659Y-4.985Z-0.100

N1190X-6.373Y-5.000Z-0.100

N1200X-6.088Y-4.985Z-0.100

N1210X-5.794Y-4.939Z-0.100

N1220X-5.498Y-4.858Z-0.100

N1230X-5.205Y-4.742Z-0.100

N1240X-4.922Y-4.591Z-0.100

N1250X-4.655Y-4.404Z-0.100

N1260X-4.409Y-4.186Z-0.100

N1270X-4.191Y-3.941Z-0.100

N1280X-4.005Y-3.674Z-0.100

N1290X-3.853Y-3.390Z-0.100

N1300X-3.737Y-3.098Z-0.100

N1310X-3.657Y-2.801Z-0.100

N1320X-3.610Y-2.508Z-0.100

N1330X-3.596Y-2.222Z-0.100

N1340X-3.596Y5.000Z-0.100

N1350G0X-3.596Y5.000Z3.000

N1360G0X-22.462Y-5.000Z3.000

N1370G1X-22.462Y-5.000Z-0.100F180.0

N1380G1X-22.462Y5.000Z-0.100F600.0

N1390X-19.129Y-0.556Z-0.100

N1400X-15.796Y5.000Z-0.100

N1410X-15.796Y-5.000Z-0.100

N1420G0X-15.796Y-5.000Z3.000

N1430G0X0.000Y0.000Z3.000

N1440M9

N1450M5

N1460G28G91Z0

N1470G49H0

N1480M9

N1490G28X0Y0

N1500M30

Codul generat se introduce în softul de comandă al mașinii cu ajutorul unui stick prin intermediul portului USB al computeruluil.

Toate softurile trebuie setate după controller-ele atașate pe pinii portului paralel

Fig. 2.4. Interfața

Axa X se setează astfel: Pinul 2 Step-setează pașii

Pinul 3 Dir-setează direcția

Axa Y se setează astfel: Pinul 4 Step-setează pașii

Pinul 5 Dir-setează direcția

Axa Z se setează astfel: Pinul 6 Step-setează pașii

Pinul 7 Dir-setează direcția

Pinul 1 activează motoarele, care este setarea Enable.

Pinul 10, 12, 13 activează limitatoarele de capete de cursă de la cele trei axe ( 3×2 limitatoare )

Fig. 2.5. Limitator de cursă

Pinul 11 se folosește pentru butonul Stop, care este absolut necesar.

Fig. 2.6. Buton pornit/oprit

Calcule pentru selectarea optimă a moturului pas cu pas

3.1. Calculul axei Z

Fig 3.1. Axa Z

Calcul masei:

unde iar

Sarcina necesară :

unde F= forța totală

h= pasul filetului [cm]

rb= raza [cm]

µb= coeficientul de frecare

1/i= raport de transmitere cu cuplaj 1/1

η = 0,3 pentru oțel/bronz

ra*µb = 0,15 cm pentru oțel/bronz

Momentele de inertie existente:

[kgcm2] unde r = raza axului [cm]

L = lungime [cm]

γ = greutatea specifică kg/cm3 pentru oțel γ = 7,85*10-3 kg/cm3

Momentul de inerție al axului

2 unde m = masa [kg]

h = pasul filetului [cm]

Viteza necesară:

Pentru a determina viteza necesară a motorului pas cu pas avem :

10 mm in 1 s = 1s-1

Din raportul de i=1=> 100min-1 10kHz

Valorile care au determinat mărimea motorului

M = 10,656

Jext = 2,318

f = 10.000 Hz

Modelul de motor pas cu pas ales este RDM 5913/50 având caracteristicile următoare:

Jmot = 1,8 kgcm2

MA = Mmot(la 10 kHz) – M

MA = 125Ncm – 10,656 Ncm

Calcularea timpului de accelerare-frânare

Timpul de accelerare = timpul de frânare

[s]

[kgcm2]

Jtot = 2,318 kgcm2 + 1,8 kgcm2 = 4,118 kgcm2

MA = Mtot ( la 10 kHz ) – M

MA = 125 Ncm – 10,656 Ncm = 114,4 Ncm

tA = timpul de accelerare

tc = timpul pentru viteza constantă

tD = timpul de frânare

SA = faza de accelerare

SD = faza de frânare

Distanța parcursă

[ distanța în pași ]

=> SA + SD = 225+225 = 450 pași

[s]

ttot = 0,045 + 0,955 + 0,045 = 1,045 s distanța de 10 mm ar trebui sa fie parcursă în mai puțin de 1 secundă, deci frecvența ar trebui crescută, de exemplu cu 11 000 Hz

MA = Mtot ( la 11 kHz ) – M

MA = 120 Ncm – 10,656 Ncm = 109,4 Ncm

[ distanța în pași ]

=> SA + SD = 286+286 = 572 pași

[s]

ttot = 0,052 + 0,85 + 0,052 = 0,954 s

Motorul pas cu pas pentru axa Z este RDM 5913/50 de 11 000 Hz

3.2 Calculul axei Y

Fig 3.2. Axa Y

Calcul masei:

unde iar

η = 0,3 pentru oțel/bronz

ra*µb = 0,15 cm pentru oțel/bronz

Momentele de inertie existente:

[kgcm2]

Momentul de inerție al axului

2

Viteza necesară:

Pentru a determina viteza necesară a motorului pas cu pas avem :

10 mm in 1 s = 1s-1

Din raportul de i=1=> 100min-1 11kHz

Valorile care au determinat mărimea motorului

M = 10,47

Jext = 8.76

f = 11.000 Hz

Modelul de motor pas cu pas ales este RDM 51117/50 având caracteristicile următoare:

Jmot = 7.5 kgcm2

MA = Mmot(la 11 kHz) – M

MA = 300Ncm – 10,47 Ncm = 289.53 Ncm

Calcularea timpului de accelerare-frânare

Timpul de accelerare = timpul de frânare

[s]

[kgcm2]

Jtot = 8.76 kgcm2 + 7.5 kgcm2 = 16.26 kgcm2

MA = Mtot ( la 11 kHz ) – M

MA = 300Ncm – 10,47 Ncm = 289.53 Ncm

tA = timpul de accelerare

tc = timpul pentru viteza constantă

tD = timpul de frânare

SA = faza de accelerare

SD = faza de frânare

Distanța parcursă

[ distanța în pași ]

=> SA + SD = 385+385 = 770 pași

[s]

ttot = 0,07 + 0,93 + 0,07 = 1,07 s

3.3 Calculul axei X

Fig 3.3. Axa X

Calcul masei:

unde iar

η = 0,3 pentru oțel/bronz

ra*µb = 0,15 cm pentru oțel/bronz

Momentele de inertie existente:

[kgcm2]

Momentul de inerție al axului

2

Viteza necesară:

Pentru a determina viteza necesară a motorului pas cu pas avem :

10 mm in 1 s = 1s-1

Din raportul de i=1=> 100min-1 11kHz

Valorile care au determinat mărimea motorului

M = 31,97

Jext = 5.80

f = 11.000 Hz

Modelul de motor pas cu pas ales este RDM 51117/50 având caracteristicile următoare:

Jmot = 7.5 kgcm2

MA = Mmot(la 11 kHz) – M

MA = 300Ncm – 31.97 Ncm = 268.03 Ncm

Calcularea timpului de accelerare-frânare

Timpul de accelerare = timpul de frânare

[s]

[kgcm2]

Jtot = 5.80 kgcm2 + 7.5 kgcm2 = 13.3 kgcm2

MA = Mtot ( la 11 kHz ) – M

MA = 300Ncm – 31.97 Ncm = 268.03 Ncm

tA = timpul de accelerare

tc = timpul pentru viteza constantă

tD = timpul de frânare

SA = faza de accelerare

SD = faza de frânare

Distanța parcursă

[ distanța în pași ]

=> SA + SD = 385+385 = 770 pași

[s]

ttot = 0,07 + 0,93 + 0,07 = 1,07 s

Calculul șurubului cu bile

4.1 Calculul și alegerea șurubului cu bile

Principala solicitare la care este supus șurubul este cea de încovoiere. Putem porni de la relația de calcul al forței axiale:

Știm că:

Șurubul cu bile va fi ,,rezemat”la ambele capete și pretensionat cu 1/3 din capacitatea dinamică:

Având valoarea forței de inerție putem calcula forța de pretensionare:

Șurubul poate fi considerat o grindă simplu rezemată la ambele capete deci putem determina diametrul nominal al șurubului pornind de la relația:

Piulița va avea lungimea de 110[mm] iar lungimea maximă a cursei este dată (1250[mm]).

Alegem din STAS 880-88 materialul șurubului: OLC 45 având ai=6000[N/cmp].

Având aceste valori, putem determina diametrul nominal al șurubului:

Fig 4.1

Din catalogul de șuruburi cu bile, alegem modelul BS 3510 de tip E, având următorii parametri dimensionali:

ȘURUB: PIULIȚĂ

ds=35[mm] D=72[mm]

BCD=36[mm] a=116[mm]

l=10[mm] b=18[mm]

Da=6,35[mm] Dp=94[mm]

Id=1340[kg] (încărcarea dinamică) L=61[mm]

Is=2940[kg] (încărcarea statică)

4.2 Calculul forței critice de flambaj

Conform STAS 12757/2 verificarea se face calculînd forța critică de flambaj:

unde: a-coeficient ce ține seama de tipul lagărului;

ds-diametrul STAS al șurubului;

ls-distanța dintre reazemele șurubului.

Valoarea raportului conform STAS 12757/2-89

șurubul rezistă la flambaj.

Calculul turației critice

4.4 Calculul randamentului șurubului

Vom calcula randamentul conform relației de mai jos (STAS 12757/2-89):

4.5 Calculul cuplului necesar pentru rotirea șurubului

Se poate calcula pornind de la relația de mai jos:

Momentul static de pretensionare apare pe durata poziționării și se consideră:

Momentul static se calculează cu relația:

4.6 Motorul de acționare

4.6.1 Calculul puterii motorului

Viteza unghiulară se calculează considerând turația nominală a motorului de 3000[rot/min]:

4.6.2 Calculul frecvenței maxime a semnalului de referință

(increment minim programabil)

Se calculează cu relația de mai jos:

4.6.3 Constanta traductorului incremental

4.6.4 Valoarea raportului de transfer între motor și șurub

nu avem nevoie de o transmisie intermediară (reductor, cutie de viteze, etc.) între motor și șurubul cu bile ( șurubul va fi acționat direct de la motor).

4.7 Calculul și proiectarea șurubului și a piuliței

4.7.1 Alegerea profilui filetului

Vom alege pentru șurubul de fortă filetul trapezoidal (STAS 2114/1-75) din urmatoarele considerente :

are profilul de forma unui trapez rezultat din teșirea unui triunghi isoscel cu unghiul la vârf de 30 grade și baza egală cu pasul

flancul filetului are o înclinare de 15 grade

jocurile la diametrul interior și exterior sunt egale

fundul filetului este rotunjit cu r=0,25mm pentru P=8-12mm și respectiv r=0,5mm pentru P>12

are o rezistentă și o rigiditate mai mare decât filetul pătrat

asigura o buna centrare între șurub și piuliță

se poate executa prin procedeul de frezare

Fig 4.2 Filet trapezoidal

Filetul trapezoidal are dimensiunile standardizate conform STAS/ 2114-75 putând fi executat cu pas normnal, fin sau mare :

D=d –diametrul nominal al filetului

pentru 1.5

pentru 2<p<5

pentru 6<p<12

pentru p=14

Filetul trapezoidal se recomandă în cazul mecanismelor cu șurub și piuliță care transmit

sarcini mari în ambele sensuri.

4.7.2 Alegerea materialului șurubului și piuliței

Alegerea materialului pentru șurub și piulită ca elemente ale mecanismelor cu șurub depinde de mai mulți factori:

caracteristicile mecanice ale materialului

asigurarea condițiilor funcționale, tehnologice și economice în modul cel mai favorabil

fiabilitatea optimă în contextul unor cheltuieli de producție minimă

Caracteristicile importante mecanice ale materialului pentru șurubul și piulița din construcția mecanismelor cu șurub sunt:

(Rp0.2) – limita de curgere

(Rm) – limita de rupere

– alungirea

– modulul de elasticitate

Pentru șuruburi de mișcare supuse la solicitări mici și mjlocii cu acționare manuală (viteza relativă la filet între șurub și piuliță este mică nu impune durificarea flancurilor) se va opta pentru un oțel laminat

Alegem pentru șurubul de mișcare materialul OL50 (STAS 500/2-80) care are carecteristici

mecanice de rezistență acoperitoare, proprietați de prelucrare bună și nu necesită tratament termic.

Caracteristicile oțelului OL50:

rezistența la tracțiune

rezistența la încovoiere

rezistența la rasucire

rezistența la forfecare

Solicitări :

tracțiune

încovoiere

răsucire

forfecare [3, tab3.2]

Caracteristicile mecanice :

rezistența la tracțiune

limita de curgere

alungirea la rupere

Piulița ca element component al cuplei de frecare șurub-piuliță din mecanismul cu șurub, este indicat a fi astfel construită încât uzura sa fie concentrată asupra ei. Astfel se recomandă ca materialul ales pentru piuliță să aibă modulul de elsticitate mai mic decât cel al materialului șurubului, ceea ce are ca efect uniformitatea repartizarii sarcinii pe spire, îmbunătățirea comportări la oboseală și ca urmare creșterea duratei de funcționare.

Alegerea materialului pentru piuliță ca element al cuplei de frecare șurub- piuliță se va face în așa fel încât să se limiteze presiunea de contact dintre spirele piuliței și ale șurubului la valori reduse evitindu-se astfel uzura prematură. Plecând de la faptul că nu este indicat să se utilizeze același material pentru piulita ca si pentru surubul de forță, vom utiliza cupluri de materiale care au o comportare bună din punct de vedere al rezistenței la uzură, ca de exemplu: otel pe fonta, otel pe bronz moale, otel pe fonta antifrictiune.

Vom opta pentru CuSn12- bronz moale cu o comportare bună din punct de vedere al

rezistenței la uzură.

Caracteristici CuSn12

– tracțiune

încovoiere

răsucire

compresiune [3,tab3.7]

Caracteristicile mecanice

rezistența minimă la tracțiune

duritate HB

alungirea la rupere

4.7.3 Calculul diametrului mediu al filetului

mm

Din STAS 2114/1-75 alegem filetul: Tr 12×3

mm

Din STAS 2114/1-75 alegem filetul: Tr 14×3

Din STAS 2114/1-75 alegem filetul: Tr 16×4

Alegerea numarului de inceputuri

Pentru ușurința alegeri șuruburilor alegem toate cu un singur început

4.7.4 Calculul numărului de spire în contact

4.7.5 Calculul lungimii filetului piuliței

4.7.6 Proiectarea extremităților șurubului principal

La proiectarea extremităților trebuie sa se tină cont de faptul că dimensiunile radiale ale unei extremități să se înscrie în cercuri cu diametrele mai mici decât diametrul interior al filetului. În caz contrar șurubul nu poate fi introdus în piulită.

Proiectarea extremității inferioare se realizează astfel. se alege rulmentul de presiune astfel încât capacitatea lui statică Co sa fie iar din STAS rezultă dimensiunile rulmentului.

Se alege rulmentul 6000 avind:Co=10000N

4.7.7 Verificarea tijei șurubului la solicitări compuse

Se vor stabili secțiunile solicitate atât la compresiune cât și la răsucire

este momentul datorat frecărilor din rulment , unde

4.7.8 Verificarea șurubului la flambaj

se consideră că șurubul este încastrat la ambele capete

lungimea șurubului cuprinsă între cele două capete

Fig. 3.6

coeficientul de sveltețe

forța critică de flambaj

4.8 Lagare poroase autolubrifiante

Generalități

În prezent, lagărele fabricate din autolubrifiante sinterizate au devenit tradiționale dar, în condițiile costurilor din ce in ce mai ridicate în procesele de fabricatie și de exploatare, se poate afirma că mai există domenii în care aceste materiale și produse iși pot găsi o largă utilizare, cele mai importante fiind urmatoarele:

industria extractivă, metalurgică, energetică: pentru benzile transportoare;

industria construcțiilor de automobile: pentru alternator, demaror, motor, pentru ștergatorul de parbriz și acționarea geamurilor, cutii de viteze, mecanismul de direcție, ventilator, pompă de apă și de ulei etc.;

industria electrotehnică: motoare electrice pentru aspiratoare, mașini de spălat rufe ventilatoare, magnetofoane, casetofoane, aparate de filmat etc.

industria de mașini agricole: diferite subasamble de acționare și comandă;

industrie usoară și alimentară: pentru mașini de filetat, de țesut, de tors, mașini de amestecat în panificație, omgenizatoare, mașini de ambalat;

Avantajul utilizării acestor produse constă în faptul că porii lor se pot umple cu un ulei lubrifiant, astfel încât lagărul să nu mai necesite o lubrifiere ulterioară pe parcusul întregii sale durate de funcționare.

4.8.1 Analiza reperului

Reperul este fabricat din bronz grafitat CuSn 10 cu 2% C, datele tehnice ale acestui material sunt:

solicitare statică până la 1200daN/cm2

turație de regim până la 30000 ture/minut

domeniul de temperatură -20÷+80º C

înalțime maxim 50 mm

secțiune(perpendiculară pe direcția presării) maxim 60 cm2

sarcina admisibilă pxv max 18, unde: p-sarcina specifică în daN/cm2; p-viteză liniară a arborelui în m/sec

densitate 6,8-7,2g/cm3

porozitate minim 15%

încărcare statică maxim daN/cm2

duritate 30-50 HB

viteza liniară maximă 0,4m/sec

rezistența la strivire radială 220 Mpa

4.8.2 Tehnologia clasică de obținere a reperului

debitare pe strung

strunjire de degroșare ( frontală, interioara, exterioara)

găurire

4. strunjire de finisare (frontală, exterioară, interioară )

5. rectificare

6. tratament termic

4.8.3 Itinerariului tehnologic de obținere a reperului prin metalurgia pulberilor

Materii prime

Bucșa autolubrifiantă se fabrică pornind de la pulberea prealiată care are urmatoarea compoziție chimică:

1,5 % C

1% Fe

9-11% S

2% alte elemente

restul Cu

Lubrefiantul ales este stearatul de zinc 2% .

Omogenizarea se face în dipozitivul numit turbulă, timp de 15 minute, urmând să se facă presarea.

Presarea se face în dispozitivul de presare cu poansoane multiple, schema de principiu este prezentată în figura urmatoare:

Fig.4.3. Presarea cu poansoane multiple

1-poanson superior; 2-pulbere; 3-placa de fixare; 4-matrita; 5-adaptor; 6-poanson inferior exterior; 7-poanson inferior interior; 8-miez; 9-piesa.

Configurația piesei necesită transfer al pulberii în matriță înainte de a începe presarea și se realizeaza prin reglarea corespunzatoare a ponsoanelor inferioare 6,7 (fig. 3.7a). Presarea se realizează prin deplasarea poansonului superior 1 în jos și a poansoanelor inferioare 6 și 7 în sus (fig.3.7b). Deplasarea ascendentă a poansoanelor inferioare se realizează independent, de către presă, prin mecanisme cu came care permit realizarea treptelor piesei. Evacuarea piesei se realizează prin deplasarea ascendentă a poansoanelor inferioare, pentru fiecare nivel al piesei (fig. 3.7c si d), până când fiecare față superioară a poansoanelor inferioare este la nivelul suprafeței matriței și retragerea miezului 9.

Presiunea cu care se face presarea semifabricatului este 150-200 MPa.

Sinterizarea

Piesele obtinuțe prin presarea la rece sau prin tasarea unor pulberi metalice trebuie supuse unui tratament termic numit sinterizare, prin care particulele de pulbere legate pe cale mecanică sau prin adeziune se consolidează.

La sistemele cu un singur component metalic, temperatura de sinterizare se recomandă a fi de cca. 2/4 – 4/5 din temperatura absolută de topire a metalului. În cazul sistemelor cu mai mulți componenți, la care temperaturile de topire diferă între ele foarte mult, temperatura de sinterizare trebuie sa fie cu ceva mai mică decât temperatura de topire a componentului celui mai usor fuzubil.

Sinterizarea cu fază lichidă presupune ca unul dintre componenți să se topească și să umecteze suprafața particulelor solide.

Bronzul cu 10% Sn se sinterizează în atmosfera reducatoare la 700-800º C. În presatele supuse sinterizării, pulberea de staniu se va găsi sub formă lichidă după atingerea temperaturii de topire a staniului de 232ºC. Staniul lichid umple foarte repede golurile dintre particule de cupru. Staniul topit difuzeaza în cupru concomitent cu formarea de cristale de soluție solidă. După un timp, relativ scurt, se formează faza cristalină de soluție solidă α (bronz α ).

Stările intermediare ale formării soluției solide decurg conform figurii 4.4

Fig. 4.4 Sinterizarea materialului Cu-Sn-grafit [2]

1-amestec nesinterizat; 2-după 3 minute la 800 ºC; 3-după 15 minute la 800 ºC 4-după 30 minute la 800 ºC.

4.8.4 Operatii post-sinterizare

Calibrarea

Calibrarea lagărelor de alunecare este o operație suplimentară care se aplică pieselor sinterizate pentru a obține o suprafață de frecare foarte netedă.

O bucșă este montaăa în mod usual prin presare într-o carcasă, urmând ca după montare ea să aibă o toleranță de lucru a alezjului corespunzatoare. La asamblarea în carcasă, diametrul exterior cât și cel interior al bucșei trebuie să aibă fiecare parte în propriul lor domeniu de toleranță față de carcasă cât și față de axul fiecarui fus îl sprijină.

Diametrul exterior al bucșei trebuie să aibă o toleranță corespunzatore care să-i permită o corectă asamblare în carcasă iar cel interior trebuie ca pe lângă toleranța de fus, să aibă și o calitate buna a suprafeței necesară reducerii frecarii care apare la rotirea fusului.

Muchiile exterioare ale bucșei trebuie teșite pentru a permite ghidarea ei în timpul operației de montare în carcasă, iar teșirea muchiilor interioare ajută la asamblarea fusului și urmează să fie supusă operației de calibrare. Schematic, calibrarea bucșelor este prezentată în figura 4.5

Figura 4.5. Calibrarea bucșelor cu guler. 1-poanson superior; 2-matriță; 3-suportul matriței; 4-șurub de fixare cu arc; 5-miez; 6-poanson superior; 7-adaptor; 8-extractor

Poansonul superior 1, efectuează deplasarea piesei până la umărul matriței. Matrița 2, care are o mișcare liberă înspre partea superioară este susținută fie de manșoane de cauciuc fie pneumatic. Suportul matriței 3, este reglabil și poziționat cu ajutorul unui șurub cu arc 4.Deplasarea poansonulu superior 1 în jos antrenează piesa descendent de-a lungul zonei de calibrare a miezului 5 și calibrează piesa între poansonul superior 1 și cel inferior 6, matrița 2 și miezul 2. După ce poansonul superior a fost extras, piesa este scoasa de catre poansonul inferior care antrenează ascendant piesa până la atingerea poziției sale inițiale.

Impregnarea cu ulei

Scopul impregnării cu ulei este de a conferi pieselor propriețăti autolubrifiante. Uleiul și piesele se introduc succesiv într-o incintă cu presiune scazută. După evacuarea aerului din porii piesei, acestea sunt imersate ântr-o baie de ulei rece sau cald, iar incinta represurizată.

În cazul lagarelor autolubrifiante este important ca intregul lor sistem de pori să fie complet umplut cu ulei. Fusul care se rotește în lagăr acționează ca o pompă rotativă scoțând uleiul din sistemul de pori dintr-o parte și presându-l apoi în partea opusă sau în altă parte, creându-se astfel un film continuu de ulei care previne contactul direct dintre fus și lagăr. Dacă sistemul de pori este parțial umplut cu ulei, filmul protector de ulei se poate interpune între fus și lagăr poate sa apara un efect de uzare. Principiul de lucru al unui lagar de alunecare și material autolubrifiant este redat în figura 4.6.

Figura 4.6 Principiul de lucru al unui lagăr de alunecare din material autolubrifiant

În poziția 1, lagărul se află în repaus cu o porozitate de 20-30% impregnat cu ulei. Impregnarea uleiului în pori are loc datorită fenomenului de capilaritate și se realizează în cursul procesului de fabricație a bucșei.

La pornire, poziția 2, prin rotirea fusului în cuzinet, crește presiunea dinamică a aerului din jocul lagărului ceea ce duce la scaderea presiunii statice în interstițiul respectiv, realizandu-se un dezechilibru datorită caruia uleiul din porii aflați în pereții cuzinetului este împins în interstițiu și formează pana și apoi filmul de ulei. În timpul funcționării au loc procese complexe: pe de-o parte prin rotirea fusului în timpul funcționării temperatura lagărului crește, materialul se dilată și din pori este expulzată o cantitate suplimentară de ulei care favorizează prezența filmului de ulei din interstițiu.

Totodată surplusul de ulei este expulzat din jocul lagărului și este reabsorbit prin fenomenul de capilaritate, prin suprafețele frontale ale cuzinetului care se comportă ca un burete. Cu această ocazie lubrifiantul este filtrat, ceea ce contribuie essențial la menținerea calităților lui lubrifiante pentru un timp mult mai indelungat decât în cazul lagarelor clasice.

În situația 3, când fusul se oprește, echilibrul presiunii din interstițiu cu cea atmosferică se restabilește și uleiul din interstițiu este reasorbit în pereții ce formează suprafața activă a cuzinetului. Simultan are loc un nou proces de purificare prin filtrare a uleiului.

4.8.5 Avantajele bucselor autolubrifiante obtinute prin metalurgia pulberii

avantaje economice: eliminarea sistemului de ungere și a cheltuielilor de intreținere, preț redus în comparație cu lagărele turnate și prelucrate , posibilitatea de execuție a bucșelor cu toleranțe strânse.

avantaje funcționale: funcționare silențioasă, eliminarea posibilităților de gripare, existența unui film de ulei permanent în funcționare datorită proprietății de autolubrifiere, bun coefficient de frecare

4.9 CARACTERIZAREA GENERALĂ A PRODUSULUI

BUCȘĂ

Forme constructive

Din clasa bucșelor fac parte piesele care reprezintă corpuri de revoluție cu suprafețe exterioare și interioare concetrice, cu raportul lungime – diametru cuprins între 1 – 3 . Piesele din această clasă pot avea diferite forme constructive : netede sau în trepte , cu guler sau fară guler , cu suprafețe de revoluție cilindrice , conice , sau profilate.

Câteva exemple din clasa bucșe:

Caracteristicile acestor tipuri de piese sunt suprafețele exterioare și interioare de revoluție cu axa comună și suprafețele frontale plane, iar toate celelalte elemente ( canale, găuri de fixare, filete ) au un rol auxiliar.

Materiale și semifabricate:

La executarea bucșelor se folosesc materiale foarte variate și alegerea lor se face în funcție de destinație, dimensiuni, configurație, mărime, serie de fabricație, e.t.c.

Aceste tipuri de piese se pot executa din : oțel , bronz , alamă , fontă , aluminiu , aliaje speciale, e.t.c. Semifabricatele pot fi :

● bare laminate la cald sau calibrate;

● țevi

4.9.1 Tehnologii generale de obținere a bucșei

Tehnologia de prelucrare a bucșelor depinde de forma lor , de dimensiuniile și materialele din care se execută în general prelucrări de degroșare, semifinisare, finisare, retezire e.t.c.

Operațiile de prelucrare a suprafețelor cilindrice exterioare se execută frecvent pe mașini de tipul strungurilor, mașini de rectificat, mai rar pe mașini de frezat sau prin broșare.

Alegerea procedeului de prelucrare este determinată de calitatea materialului și de modul de obținere a semifabricatului.

Procesul tehnologic de prelucrare cuprinde urmatoarele etape :

operații pregătitoare – prelucrare supfrafețelor frontale ;

prelucrarea mecanică a suprafețelor principale și a celor auxiliare ;

finisarea suprafețelor principale ;

control final .

Piesa se execută din semifabricat tip țeavă turnată FC 250 și se prinde între vârfuri pentru strunjirea suprafeței exterioare și apoi în universal cu trei bacuri pentru strunjirea suprafeței interioare.

Cele două găuri echidistante de Ф 7 se va executa pe masina de găurit de banc MG 13.

4.9.2 Tehnologii specifice de obținere a bucșei

Traseu tehnologic de prelucrare

Alegerea materialului din care se execută piesa este sarcina proiectantului și are la bază solicitariile piesei din timpul funcționării pe de o parte și aspectele tehnologice și economice care apar în cursul fabricației pe o alta parte .

Principalul material din care se construiesc bucșele este oțelul ce folosesc în special următoarele mărci de oțeluri OL42 , OL60 , OT45 , OT60 , OLC25 , OLC40 . Se mai intrebuințează diferite forțe de calitate superioară.

Când sunt necesare alte proprietăți fizice se folosesc alte materiale metalice ( alamă și bronz ) sau nemetalice ( textolit , materiale plastice ) . În cazul nostru am ales ca semifabricat țeavă turnată din fonta cenușie FC 250 .

In funcție de scop , importanță și dimensiuni semifabricatele se obtin prin :

turnare

din laminate trase la rece sau la cald

din laminate care apoi se forșează pentru îmbunătățirea calităților fizico-metalice

prin forjare liberă

prin matrițare în cazul producției de serie mare și mijlocie .

4.10 Particularități tehnologice ale produsului

Stabilirea elementelor regimului de așchiere

Operația de strunjire

Faza 1 – Strunjire frontală de degroșare

adaosul de prelucrare Ap = 46 – 43 = 3 mm

adâncimea de așchiere Ap = t = 3 mm

avansul se alege în funcție de materialul prelucrat, de diametrul piesei, scula și adâncimea de așchiere S = 0,25 … 0,6 mm (tab 9.2 Vlase)

din caracteristicile mașinii unelte SN 400 X 1500 (tab. 10,1 Vlase) se alege avansul apropiat: Sr = 0,60 mm/rot

viteza de așchiere se alege în funcție de t si S stabilite anterior:

Vrec = 163 m/min

Această viteză se corectează în funcție de condițiile concrete din cazul de față cu următorii coeficienți:

k1 = 1,35 în funcție de rezistența oțelului (tab. 9.25 Vlase)

k2 = 0,90 în funcție de raza la vârf a cuțitului Rv = 1 (tab. 9.40 Vlase)

k3 = 0,66 în funcție de unghiul de atac al cuțitului. (tab. 9.40 Vlase)

În urma aplicării corecțiilor, viteza corectă este:

Vcorect = 163 X 1,35 X 0,90 X 0,66 = 130,7 m/min

Turația: n = 1000v/πD

1000 x 130,7/ 3,14 x 40 = 1040,60 rot/min

Din gama de turație a strungului SN 400 X 1500 se alege n = 955 rot/min (tab. 10.1 Vlase)

Vr = πDnr / 1000 = 119,94 m/min

Faza 2 – Strunjire cilindrică exterioară de degroșare

adaosul de prelucrare Ap = 16 mm

adâncimea de așchiere t = 5 mm

avansul se alege în funcție de materialul prelucrat, diametrul piesei, sculă și adâncimea de așchiere S = 0,3 … 0,4 mm (Tab. 9.1 Vlase)

Din caracteristicile mașinii-unelte SN 400×1500 se alege avansul apropiat Sr = 0,32 mm/rot (Tab. 10,1 Vlase)

viteza de așchiere se alege în funcție de t si S stabilite anterior:

Vrec = 172 m/min (Tab. 9.15 Vlase)

Această viteză se corectează în funcție de condițiile concrete din cazul de față cu urmatorii coeficienți

k1 1,00 – în funcție de rezistența oțelului (Tab. 9.15 Vlase)

k2 = 0,90 – în funcție de raza la vârf a cuțitului Rv = 1 (Tab. 9.40 Vlase)

k3 = 0,66 – în funcție de unghiul de atac al cuțitului

În urma aplicării corecțiilor, viteza corectă este:

Vcorect = V x k1 x k2 x k3 = 102,16 m/min.

Turația: n = 1000 x V/π x D = 813,37 rot/min.

Din gama de turație a strungului SN 400×1500 se alege:

n = 765 rot/min (Tab. 10.1 Vlase)

Vr = π x D x nr /1000 = 96,08 m/min.

Faza 3 – Strunjire cilindrică exterioară de finisare

adaosul de prelucrare Ap = 6 mm

adâncimea de așchiere t = Ap/2 = 3 mm

avansul se alege în funcție de materialul prelucrat, diametrul piesei, scula si adâncimea de așchiere S = 0,15 … 0,4 mm/rot (Tab. 9.2 Vlase)

Din caracteristicile mașinii-unelte SN 400×1500 se alege avansul apropiat: Sr = 0,20 mm/rot (Tab. 10.1 Vlase)

viteza de așchiere se alege în funcție de t și S stabilite anterior:

Vrec = 208 m/min (Tab 9.15 Vlase)

Această viteză se corectează în funcție de condițiile concrete din cazul de față cu urmatorii coeficienți:

k1 = 1,00 – în funcție de rezistența materialului (Tab. 9.15 Vlase)

k2 = 0,85 – în funcție de raza la vârf a cuțitului Rv = 1 (Tab. 9.40 Vlase)

k3 = 0,66 – în funcție de unghiul de atac al cuțitului

În urma aplicării corecțiilor viteza corectă este:

Vcorect = V x k1 x k2 x k3 = 116,68 m/min.

Turația: n = 1000 x V/π x D = 928,98 rot/min.

Din gama de turație a strungului SN 400×1500 se alege:

n = 765 rot/min (Tab. 10.1 Vlase)

Vr = π x D x n/1000 = 96,08 m/min.

4.11 Normarea tehnică

Norma tehnică de timp pentru o operație se calculează cu formula:

Tn = Tb + Ta + Ton + Td + Tpi/n (min) unde:

Tn – timpul normat pe operație (min)

Tb – timpul de bază sau de mașina (min)

Ta – timpul auxiliar sau ajutător (min)

Ton – timpul de odihnă și necesități firești

Td – timpul de deservire tehnică și organizatorică (min)

Tpi – timpul de pregatire – încheiere

n – lotul optim de piese care se prelucrează la aceiași mașină în mod continuu

Tb + Ta = Tef (To) – timpul efectiv sau operativ.

Timpul de bază se calculează cu formula:

Tb = Lc/vs x i = L + L1 + L2 x i/n x s (min) în care:

Lc – lungimea de calcul (min)

vs – viteza de avans (mm/min)

i – numărul de treceri.

L – lungimea semifabricatului (mm)

L1 – lungimea de angajare a sculei (mm)

L2 – lungimea de ieșire a sculei (mm)

n – numarul de rotații pe minut

s – avans

Operația de strunjire

Faza 1 – Strunjire frontală de degroșare

Tb = L + L1 + L2 x i/n x s, unde: L = D/2 = 50/2 = 25 mm, L1 = 1 mm, L2 = 1 mm (Tab. 12.1 Vlase) i = 1 mm, s = 0,60 mm/rot, n = 955 rot/min, deci Tb = 0,043 min.

Ta = Ta1 + Ta2 + Ta3 + Ta4, in care:

Ta1 – timpul ajutător de prindere și desprindere a piesei (Tab. 12.9 Vlase) = 0,21 min

Ta2 – timpul ajutător pentru comanda mașinii (Tab. 12.21 Vlase) = 0,66 min

Ta3 – timpul ajutător legat de faza de prelucrare pe SN (Tab. 12.22 Vlase) = 0,42 min

Ta4 – timpul ajutător pentru masurători de control (Tab. 12.23 Vlase) = 0,15 min

Rezultă Ta = 0,21 + 0,66 + 0,42 + 0,15 = 1,44 min.

Tdt = Tb x 2/100 (Tab. 12.26 Vlase) = 0,043 x 2/100 = 0,00086 min

Tdo = (Tb + Ta)/100 = (0,043 + 1,44)/100 = 1,87/100 = 0,0187 min

Rezultă Td = Tdt + Tdo = 0,0195 min

Ton = (Tb + Ta) x 3,5/100 = (0,043 + 1,44) x 3,5/100 = 0,051 min

Timpul unitar pe fază = Tu = Tb + Ta + Td + Ton

Rezultă Tu = 0,043 + 1,44 + 0,0195 + 0,051 = 1,55 min

Faza 2 – Strunjire cilindrică exterioară de degroșare

L = 31 mm, L1 = 1 mm, L2 = 0, s = 0,20 mm/rot, n = 765 rot/min, i = 1 mm de unde rezultă:

Tb = 31 + 1 + 0 x 1/765 x 0,20 = 0,209 min

Ta1 – timpul ajutător de prindere și desprindere a piesei (Tab. 12.9 Vlase) = 0,21 min

Ta2 – timpul ajutător pentru comanda mașinii (Tab. 12.21 Vlase) = 0,16 min

Ta3 – timpul ajutător legat de faza de prelucrare pe SN (Tab. 12.22 Vlase) = 0,46 min

Ta4 – timpul ajutător pentru măsurători de control (Tab. 12.23 Vlase) = 0,25 min

Rezultă Ta = 0,21 + 0,16 + 0,46 + 0,25 = 1,08 min.

Tdt = Tb x 2/100 = 0,209 x 2/100 = 0,004 min

Tdo = (Tb + Ta)/100 = (0,209 + 1,08)/100 = 0,012 min

Rezultă Td = Tdt + Tdo = 0,004 + 0,012 = 0,016 min

Ton = (Tb + Ta) x 3,5/100 = (0,209 + 1,08) x 3,5/100 = 0,045 min

Timpul unitar pe fază = Tu = Tb + Ta + Td + Ton = 1,35 min

Faza 2 – Strunjire cilindrica exterioară de finisare

L = 31 mm, L1 = 1 mm, L2 = 0, s = 0,20 mm/rot, n = 765 rot/min, i = 1 mm de unde rezulta:

Tb = 31 + 1 + 0 x 1/765 x 0,20 = 0,209 min

Ta1 – timpul ajutător de prindere si desprindere a piesei (Tab. 12.9 Vlase) = 0,21 min

Ta2 – timpul ajutător pentru comanda mașinii (Tab. 12.21 Vlase) = 0,16 min

Ta3 – timpul ajutător legat de faza de prelucrare pe SN (Tab. 12.22 Vlase) = 0,16 min

Ta4 – timpul ajutător pentru masurători de control (Tab. 12.23 Vlase) = 0,25 min

Rezultă Ta = 0,21 + 0,16 + 0,16 + 0,25 = 0,78 min.

Tdt = Tb x 2/100 = 0,209 x 2/100 = 0,004 min

Tdo = (Tb + Ta)/100 = (0,209 + 0,78)/100 = 0,009 min

Rezultă Td = Tdt + Tdo = 0,004 + 0,009 = 0,013 min

Ton = (Tb + Ta) x 3,5/100 = (0,209 + 0,78) x 3,5/100 = 0,034 min

Timpul unitar pe fază = Tu = Tb + Ta + Td + Ton = 0,209 + 0,78 + 0,013 + 0,034 = 1,03 min

4.12 Proiectarea procesului tehnologic de prelucrare mecanică arbore

Alegerea semifabricatului

Cerințele impuse unui tehnolog sunt strâns legate de necesitatea comparării multilaterale a celor mai diferite metode și procedee de confecționare a semifabricatelor și de prelucrare ulterioară a lor prin așchiere. Astfel, se impune cu strictețe alegerea metodei și procedeului de confecționare care în condiții egale asigură productivitatea și eficiența economică maximă a întregului proces de fabricație.

Tendința de bază trebuie să fie aceea de obține un semifabricat care ca formă și dimensiune să fie identic cu piesa finită.

Există metode de înaltă precizie pentru confecționarea semifabricatelor cum sunt turnarea de precizie (permite respectarea unor toleranțe de până la 0,05 mm) sau matrițarea, care asigură o precizie a semifabricatelor sau a unor elemente ale acestora identică cu precizia piesei cerută prin desen.

Semifabricatele metalice se prezintă într-o variată gamă de forme, determinate de destinație, de caracteristicile fizico-mecanice și de metoda de executare.

Compoziția chimică (STAS 880-88)

cu sufixele: X – calitate superioară; S – cu conținut controlat de sulf; AT – pentru autovehicule și tractoare

Tab. 1

Recomandări privind tratamentul termic și termochimic

Obs. N – normal, I – îmbunătățit

Tab.2

Caracteristici mecanice ale semifabricatului:

-Modul de elasticitate :1,9*1011N/m2

-Coeficientul Poisson: 0,29

-Densitatea :8000 kg/m3

-Limita de curgere :2,06*108 N/m2 =Pa

-Coeficientul de dilatație termica :1,5*105 mm/k

-Conductibilitatea termica :47 W/n*k

-Limita de curgere :7,5*1010 N/m2

4.13 Stabilirea traseului tehnologic

4.13.1 Generalități

În cadrul acestei etape, după ce anterior s-a ales semifabricatul ,se determină numărul operațiilor și felul lor și de asemenea numărul fazelor din cadrul fiecărei operații și felul lor.

Odată stabilită succesiunea operațiilor și a fazelor din cadrul lor în continuare se alege tipul mașinii unelte pe care se execută fiecare operație se rezolvă problema bazarii și fixării semifabricatului întocmindu-se și schița fixării și în sfârșit se stabilesc sculele și verificările necesare executării fiecarei faze.

Muchiile se teșesc la 1*450.

4.14 Calculul adaosului de prelucrare și a dimensiunilor intermediare pe suprafața

Pentru finisare (operația precedentă degroșarea):

Din tab. 8.49/138, relația de calcul a adaosurilor de prelucrare pentru strunjirea cu prinderea semifabricatului între vârfuri este:

mm pentru finisare

D1max= dmax+2Acnom

D1max=13,3+1=14,3[mm]

D1nom=14.3[mm]

Din ISO 10060/2004 adoptam diametrul semifabricatului:

Dsf =16mm

Pentru operația de degroșare (operația precedentă laminarea):

Calculăm adaosul de degroșare prin diferența:

2Acnom = Dsf- Dnomsf =16-14,3=1,7[mm]

Din tab. 8.47/136, adaosurile de prelucare la retezarea și strunjirea capetelor în funcție de grosimea semifabricatului:

Acnom = 2[mm]

Lmax = lmax+Acnom

Lmax = 202,1+2=204,1[mm]

Adopt lungimea de debitare Lsf = 204+1,3

4.15 Calculul regimurilor de aschiere

4.15.1 Calculul regimurilor de aschiere pentru faza 1.1.

Alegerea masinii unelte:

Debitare se face cu un ferastrau alternativ FA 300

Caracteristici dimensionale

– dimensiunea maxima a materialului de debitat 300

– cursa ramei 200mm

Caracteristici funcționale

numărul treptelor de viteză 3

numărul curselor duble pe minut 63/80/100

avans de tăiere continuu

motor electric

– putere 1.5kw

– turație 1500 rot/min

Caracteristici de gabarit

lungime

lățimea

înalțimea 1080 mm

greutatea

4.15.2. Alegera sculei aschietoare:

Prelucrarea se execută cu pânză fierăstrău tip II STAS 1066/86 cu caracteristicile:

lungimea 600mm

lățimea a=502mm

grosimea b=2.5mm

pasul 40.05mm

nr de dinți pe z=6

greutatea G=0.6kg

materialul otel Rp5 STAS 7382-80

duritatea după tratament termic

– partea taietoare 6064 HRC

– partea netaietoare 45 HRC maxim

Adoptam din gama de turatii a masinii de debitat turatia de 80 cd/min

4.16 Calculul regimurilor de aschiere pentru faza 2.1. ( Strunjirea frontala de degrosare ) pe suprafata S1.

4.16.1 Alegera mașinii-unelte

Prelucrarea se execută pe strung SN 320 cu urmatoarele caracteristici:

caracteristici principale :

– h = .

– L = .

– N = 3 kW.

Turația axului principal rot / min.

31.5;40;50;63;80;

100;125;160;200;250;315;400;500;630;800;

1000;1200;1600.

Avansul longitudinal mm / rot.

Avans normal.

0.03;0.04;0.05;0.06;0.07;0.08;0.09;0.1;

0.11;0.12;0.13;0.14;0.16;0.20;

0.22;0.28;0.36;0.44.

2. Avans mărit

0.48;0.64;0.80;0.96;1.12;1.28;1.44;1.60;1.76;1.92;2.24;2.52.

Avansul transversal mm / rot.

Avans normal

0.01;0.013;0.017;0.02;0.023;0.027;0.03;0.033;0.037;0.04;0.047;0.053;0.06;0.067;0.073;0.093;0.12;0.147.

2. Avans mărit

0.88;0.107;0.133;0.16;0.187;0.215;0.24;0.287;0.20;0.30;0.373;0.480;0.533;0.58;0.74;0.96;1.17.

4.16.2 Alegerea sculei așchietoare

Prelucrarea se execută cu cuțit frontal 16×16 STAS 358 – 67 / Rp3 cu urmatoarele caracteristici :

h x b = 16 x 16

r = 0.5°

k = 70°

ks = 20°

α = 10°

4.16.3 Determinarea regimului de așchiere

t = = 2.2 mm.

i – nr de treceri

i = 1

t = 2.2 mm.

4.16.4 Alegerea avansului si verificarea lui

Din tab. 6.1 pag 98 [1 ] și din gama de avansuri transversale a strungului adopt:

s = 0.96 mm / rot.

Verificările:

Verificarea avansului din punct de vedere al rezistenței cuțitului

Din tab 6.12 pag 104 [ 1 ] rezultă relația de verificare este:

S = mm / rot .

În care :

h x b – secțiunea corpului cutitului

h / L – raportul dintre înălțimea cuțitului și distanța cu care iese în afara cuțitului, pentru cuțite de strung normale se recomandă :

h / L = 1… 0.5 rezulta ca h / L = 1 .

Din tab 6.13 pag 105 adoptam valorile :

C4 = 3.57

n1 = 0.75

x1 = 1

y1 = 0.75

S = = ≥ 0.74

= = 1.98 ≥ 0.96

4.16.5 Calculul vitezei de aschiere

Conform indicațiilor de la pag. 97 viteza de așchiere la prelucrarea suprafeței frontale se determină cu relația folosită la suprafața longitudinală tab. 6.15 înmulțită cu un coeficient din tab 6.25.

Vp = · k1 · k2 · k3 · k4 · k5 · k6· k7 · k8· k9 =

· 0.93 · 0.76 · 0.93 · 0.87 =

= 13.6 m / min.

Din tab 6.20 rezultă că adoptăm :

Cv = 42

xv = 0.25

yv = 0.66

m = 0.1

T = 60 min.

Din tabelul 6.19 rezulta ca m = 0.1.

Din tabelul 6.16 rezultă că adoptăm coeficienții :

k1 – coeficient ce ține seama de influența secțiunii transversale a cuțitului.

k1 = =

ζ – exponent în funcție de materialul prelucrat : pt otel ζ = 0.08

k2 – coeficient ce ține seama de influența unghiului de atac k.

k2 =

ρ – exponent în funcție de natura materialului prelucrat și a materialului sculei adoptam ρ = 0.6.

k3 – coeficient ce ține seama de influența unghiului de atac secundar ks.

k3 =

a = 10 pentru scule din oțel rapid.

k4 – coeficient ce ține seama de raza de racordare a vârfului cuțitului

k4 =

μ = 0.1 pentru degroșare.

μ = 0.2 pentru finisare.

μ – exponent în funcție de tipul prelucrării și de materialul prelucrat.

k5 – coef. ce ține seama de influența materialului sculei:

k5 = 1

k6 – coeficient ce ține seama de influiența materialului de prelucrat:

k6 = 1 pentru continutul de carbon de 0.6 %

k7 – coeficient ce ține seama de modul de obtinere a semifabricatului:

k7 = 1 pentru laminate la cald.

k8 – coeficient ce ține seama de stratul superficial al semifabricatului:

k8 = 1

k9 – coeficient ce ține seama de forma supraf. De degajare pentru forma plană.

k9 = 1

Va = Vp · K = 13.6 · 1.83 = 24.88 mm/min

k – coeficient pentru suprafețe frontale

Din tab 6.25 rezulta ca adoptam k = 1.83

4.16.6 Determinarea turației

n =

= 121.9 rot / min.

Din gama de turații a strungului adoptăm valoarea cea mai apropiată :

n = 125 rot /min.

Recalculez viteza:

V = mm/min

4.16.7 Puterea

Na =

Din tabelul 6.12 [1]

Fz = C4 · tx1 · SY1 · HBn1

C4 = 3.57 Fz = 3.75 · 2.21 · 0.960.75 · 2000.75

t = 2.2 Fz = 400.99

x1 = 1

S = 0.96 Na =

y1 = 0.75

HB = 200 1.7 ≤ 2.4

n1 = 0.7

Faza 2.1 se va executa cu următorul regim de așchiere.

4.17 Calculul regimului de așchiere pentru faza 2.2.(Strunjirea frontala de finisare) pentru suprafata S1.

4.17.1.Alegerea M.U – SN 320

4.17.2.Alegerea sculei aschietoare.

Cutit 16×16 STAS 358-67 / Rp3

4.17.3 Determinarea regimului de așchiere:

t =

4.17.4. Alegerea avansului si verificarea lui :

Din tab.6.14 pag.106 si din gama de avansuri transversale a strungului adoptam:S = 0.147 mm/rot

4.17.5 Calculul vitezei de aschiere

Vp =

Vp =

Vp = 48.53

Va = 51.18 · 1.83 = 88.8 mm/min

Cv = 52.5

Xv = 0.25

Yv = 0.50

n = 0.1

k1 = 0.9

k2 = 0.7

k3 = 0.9

k4 = 0.7

k5 = 1

k6 = 1

k7 = 1

4.17.6 Determinarea turatiei

Din gama de turatii a strungului adoptam: N = 400 rot/min

Recalcularea vitezei:

V = = 81.64 mm/ min

4.17.7 Puterea

Na =

Fz = C4 · tx1 · SY1 · HBn1

3.57 · 0.8 · 0.23 · 53.18 = 34.93 daN

Na =

4.18 Calculul regimului de așchiere pentru rectificare suprafață

4.18.1 Alegerea M.U.:WMW 240×800 mm

Caracteristicile mașinii:

Diametrul piesei de rectificat

– Dmin = 15 mm

– Dmax = 240 mm

Lungimea maximă de rectificat

– Lmax = 800

Conul mașinii

– morse 3

Diametrul discului de rectificat

– D = 400 mm

– B = 80 mm

Puterea motorului de antrenare,kw.

– Disc abraziv = 7.5 kw

– Piesa = 4.5 kw

– Deplasarea rapida 50 m/min

Turatia axului port piesa

50;100;200;400; rot / min

Avans longitudinal 2….6 m/min

Avans transversal – manual

Rotire piesa 70

4.18.2 Alegerea sculei aschietoare

Piatra 240x400x80 STAS 610/1-83

– D = 240 mm

– B = 80 mm

Material abraziv En

Granulatia 50-40

Diritate i,k

Liant C,B

4.18.3 Determinarea avansului :

Din tab.12.3 pag.241 [1] avem Va = 10 – 25. Adoptam Va = 20 m/min

2Acnom = 0.3

t =

4.18.4 Determinarea avansului de patrundere:

– la rectificarea de degrosare avem 0.0025 … 0.075 mm/rot. Adoptam S = 0.05 mm

4.18.5 Determinarea vitezei de aschiere si a vitezei periferice a piesei:

Din tab.12.6 pag.243

V = 25…..35 m/sec

V – viteza periferica a discului

Adoptăm Vp = 15 m/min, pentru oțel călit

Din tab.12.9 pag 247

V =

4.18.6 Determinarea turatiei

Pentru disc :

Adoptăm din gama de turații a mașinii ndisc = 1500 rot/min

Pentru piesă :

Adoptăm din gama de turații a mașinii npiesa = 50 rot/min

Recalculez viteza

Vdisc =

= 31.4 m/s

Vpiesa =

= 0.12 m/s

4.18.7 Calculul puterii pentru avans de patrundere

Ne = CF · Vp0.7 · d0.25 ·t0.7 · Lp · k1 · k2

= 0.132 · 3.590.7 · 480.25 · 0.030.7 · 68 · 1 · 1.1

= 5.37 kw

Faza se desfasoară cu urmatorul regim de așchiere

4.7 Calculul si analiza tehnico – economica

Proiectarea unui proces tehnologic de prelucrare mecanica a unei piese se poate face in mai multe variante, avnd in vedere natura semifabricatului, nr, continutul si ordinea operatiilor. Dintre aceste variante trebuie sa se aleaga aceeia care sa asigure realizarea piesei in conditiile tehnice impuse de documentatie, la pretul de cost cel mai mic, in timpul cel mai scurt.

Principalii indici tehnico – economici sunt:

4.7.1Coeficientul de utilizare al materialului:

0.49

Gf – greutatea piesei finite

Gsf – greutatea semifabricatului: 3.14 · 0.3252 · 3.2 · 7.8 = 8.278 kg

Vci = volumul cilindrului

Vco = volumul conului

Vc1 = 3.14 · 0.242 · 0.68 · 7.8 = 0.959 kg

Vc2 = 3.14 · 0.222 · 0.03 · 7.8 = 0.355 kg

Vc3 = 3.14 · 0.312 · 0.62 · 7.8 = 1.459 kg

Vc4 = 3.14 · 0.22 · 0.84 · 7.8 = 0.822 kg

Vco =

Gf = 4.117kg

4.7.2Productivitatea muncii:

5.71buc

4.7.2Pretul de cost al piesei:

M = cost material

p = pret matrial

pi = pret span

9 · 8.278 – 0.3 · 0.8 · 4.16 =

74.5 – 0.99 = 73.51ron/buc

R = retributie

4.2ron/buc

C = cost regie

12.6ron/buc

90.31 ron/buc

4.19 Normarea tehnică

Determinăm NT pentru op. 1 (debitare)

NT = = 7.59 min

Tpi = 9 Fisa 14 Tab.1 si Tab 3

N = 100

Tu = 7.50 fisa 9 pag.32 [3]

Determinăm NT pentru op. 2 (strunjire)

NT2 =

Faza 2.1

Tu2.1 = tb + ta + tdt + tdo + ton

Tb = min

l1 = 2 mm ‌‌‌‌‌‌‌‌ →pag 262

l2 = 0..5 = 2 mm

ta = ta1 + ta2 + ta3 + ta4

ta1 = 1.7 min

ta2 = 0.1 + 0.1 + 2 · 0.05 + 2 · 0.05 + 2 · 0.05 + 2 · 0.05 = 0.6min

tab13.5 pag 268

ta3 = 0.5 min tab.13.7 pag 270

ta = 1.7 + 0.6 + 0.5 = 2.8 min

tdt = min tab13.9 pag 272

tdo = min

ton = min

Tu2.1 = 0.30 + 2.8 + 0.0075 + 0.003 + 0.17 = 3.28 min

Faza 2.2

Tu2.2 = tb + ta + tdt + tdo + ton

tb = min

ta = ta2 + ta3 + ta4

ta2 = 0.1 + 0.1 + 0.2 + 2 · 0.05 + 2 · 0.05 + 2 · 0.05 + 2 · 0.05 = 0.8 min

ta3 = 0.5 min

ta4 = 0.36 min

ta = 0.8 + 0.5 + 0.33 = 1.66 min

tdt = min

tdo = min

ton = min

Tu2.2 = 0.49 + 1.66 + 0.012 + 0.0049 + 0.18 = 2.34 min

Faza 2.3.

Tu2.3 = tb + ta + tdt + tdo + ton

Vs = n · s = 500 · 0.03 = 15

L = (l + l1 + l2) = 8 + 3 + 0 = 11

tb = min

ta = ta1 + ta2 + ta3 + ta4

ta2 = 0.1 + 0.1 + 2 · 0.05 + 2 · 0.05 = 0.30 min

ta3 = 0.5 min

ta4 = 0.16 min

ta = 0.30 + 0.5 + 0.16 = 0.96 min

tdt = min

tdo = min

ton = min

Tu23 = 0.73 + 0.96 + 0.018 + 0.0073 + 0.09 = 2.61 min

NT2 = min

NT2 = 8.46 min

Determinam NT pentru op. 3 (strunjire)

NT3 =

Tpi = 0

Faza 3.1

Tu31 = tb + ta + tdt + tdo + ton

tb = min

ta = ta1 + ta2 + ta3 + ta4

ta1 = 1.7 min

ta2 = 0.6 min

ta3 = 0.5 min

Adopt ca la faza 2, toate datele necesare :

Faza 2.1 aceeasi cu faza 3.1

Tu3.1. = 0.30 + 2.8 + 0.003 + 0.0075 + 0.18 = 3.28 min

Faza 2.2 aceeasi cu faza 3.2.

Tu3.2 = 0.49 + 1.66 + 0.012 + 0.0049 + 0.18 = 2.34 min

Faza 2.3. aceeasi cu faza 3.3.

Tu33 = 0.73 + 0.96 + 0.018 + 0.0073 + 0.92 = 2.61 min

NT3 = min

NT3 = 8.23 min

Determinam NT pentru op. 4 (strunjire)

NT4 =

Tpi = 1.5

Faza 4.1

Tu4.1 = tb + ta + tdt + tdo + ton

Tb = min

ta = ta1 + ta2 + ta3 + ta4

ta1 = 1.7 min

ta2 = 0.1 + 0.1 + 0.1 + 0.1 + 2 · 0.05 + 2 · 0.05 + 0.05 + 0.05 = 0.7 min

ta3 = 0.7 min

ta4 = 0.33 min

ta = 1.7 + 0.7 + 0.7 + 0.33 = 3.43 min

tdt = min

tdo = min

ton = min

Tu4.1 = 13.72 + 3.43 + 0.34 + 0.13 + 0.94 = 18.56 min

Faza 4.2

Tu4.2 = tb + ta + tdt + tdo + ton

tb = min

ta = ta1 + ta2 + ta3 + ta4

ta1 = 0

ta2 = 0.1 + 2 · 0.05 + 2 · 0.05 + 2 · 0.05 + 0.05 + 0.05 = 0.5 min

ta3 = 0.7 min

ta4 = 0.33 min

ta = 0 + 0.5 + 0.7 + 0.33 = 1.53 min

tdt = min

tdo = min

ton = min

Tu4.2 = 9.49 + 1.53 + 0.23 + 0.09 + 0.6 = 11.94 min

Faza 4.3

Tu4.3. = tb + ta + tdt + tdo + ton

tb = = min

ta = ta1 + ta2 + ta3 + ta4

ta1 = 0

ta2 = 0.1+ 0.1 + 0.1 + 2 · 0.05 + 2 · 0.05 + 0.05 + 0.05 + 0.05 = 0.65

ta3 =0.7 min

ta4 = 0.33 min

ta = 0.65 + 0.7 + 0.3 = 1.68 min

tdt = min

tdo = min

ton = min

Tu4.3 = 1.85 + 1.68 + 0.046 + 0.018 + 0.24 = 3.83 min

NT4 = min

NT4 = 34.34 min

Determinam NT pentru op. 5 (strunjire)

NT5 =

Tpi = 1.5

Faza 5.1

Tu5.1. = tb + ta + tdt + tdo + ton

tb = = min

ta = ta1 + ta2 + ta3 + ta4

ta1 = 1.4 min

ta2 = 0.1 + 0.1 + 0.1 + 0.1 + 2 · 0.05 + 2 · 0.05 + 2 · 0.05 + 0.05 + 0.05 =0.8 min

ta3 = 0.7 min

ta4 = 0.21 min

ta = 1.4 + 0.7 + 0.8 + 0.21 = 3.11 min

tdt = min

tdo = min

ton = min

Tu5.1 = 1.75 + 3.11 + 0.043 + 0.017 + 0.267 = 5.18 min

Faza 5.2

Tu5.2. = = tb + ta + tdt + tdo + ton

tb = = min

ta = ta1 + ta2 + ta3 + ta4

ta1 = 0

ta2 = 0.1 + 2 · 0.05 + 0.05 + 0.05 = 0.3 min

ta3 = 0.7 min

ta4 = 0.21 min

ta = 0.3 + 0.7 + 0.21 = 1.21 min

tdt = min

tdo = min

ton = min

Tu5.2. = 3.72 + 1.21 + 0.093 + 0.037 + 0.271 = 5.33 min

Faza 5.3

Tu5.3. = tb + ta + tdt + tdo + ton

tb = = min

ta = ta1 + ta2 + ta3 + ta4

ta1 = 0

ta2 = 0.1 + 0.1 + 0.1 + 0.1 + 2 · 0.05 + 2 · 0.05 + 2 · 0.05 + 0.05+0.05=0.8

ta3 = 0.7 min

ta4 = 0.21 min

ta = 0.8 + 0.7 + 0.21 = 1.71 min

tdt = min

tdo = min

ton = = min

Tu5.3. = 1.42 + 1.71 + 0.035 + 0.014 + 0.17 = 3.34 min

Faza 5.4

Tu5.4. = tb + ta + tdt + tdo + ton

tb = = min

ta = ta1 + ta2 + ta3 + ta4

ta1 = 0

ta2 = 0.1 + 2 · 0.05 + 2 · 0.05 = 0.3 min

ta3 = 0.7 min

ta4 = 0.21 min

ta = 0.3 + 0.7 + 0.33 = 1.21 min

tdt = min

tdo = min

ton = min

Tu5.4. = 1.51 + 1.21 + 0.037 + 0.015 + 0.14 = 2.91 min

Faza 5.5

Tu5.5 = tb + ta + tdt + tdo + ton

tb = = min

ta = ta1 + ta2 + ta3 + ta4

ta1 = 0

ta2 = 0.1 + 0.1 + 0.1 + 2 · 0.05 + 2 · 0.05 + 0.05 = 0.55 min

ta3 = 0.7 min

ta4 = 0

ta = 1.25 min

tdt = min

tdo = min

ton = min

Tu5.5 = 0.036 + 1.25 + 0.001 + 0.00036 + 0.07 = 1.35 min

Faza 5.6

Tu5.6. = tb + ta + tdt + tdo + ton

tb = = min

ta = ta1 + ta2 + ta3 + ta4

ta1 = 0

ta2 = 0.1 + 2 · 0.05 + 2 · 0.05 = 0.3 min

ta3 = 0.7 min

ta4 = 0.21 min

ta = 0.3 + 0.7 + 0.33 = 1.21 min

tdt = min

tdo = min

ton = min

Tu5.4. = 0.47 + 1.21 + 0.011 + 0.0047 + 0.092 = 1.78 min

NT5 = + 5.18 + 5.33 + 3.34 + 2.91 + 1.35 + 1.78 = 19.90min

NT5 = 19.90 min

Determinam NT pentru op. 9 (rectificare)

NT9 =

Tu9.1 = tb + ta + tdt + tdo + ton

tb = tab 19.2 pag 350

tb = min

ta = ta1 + ta2 + ta3

ta1 = 0.41 min tab 19.3 pag 351

ta2 = 0.06 + 0.03 + 2 · 0.03 + 2 · 0.04 = 0.23 tab.19.4 pag.352

ta3 = 0.31min

ta = 0.41 + 0.23 + 0.31 = 0.95min

top = tb + ta = 0.072 + 0.095 = 1.02min

tdo = min

ton = min

Tu9.1 = 0.072 + 0.95 + 0.02 + 0.04 = 1.08 min

NT9 = + 1.08 = 1.23min

NT9 = 1.23 min

Determinam NT pentru op. 10 (controlul final)

NT10 = ta4

= 0.25 + 0.21 + 0.21 + 0.25 + 0.21 + 0.25 + 0.21 + 0.25 + 0.67 = 2.51

NT10 = 2.51 min

Determinam NTotal

NT = NTi

= NT1 + NT2 + NT3 + NT4 + NT5 + NT6 + NT9 + NT10

= 7.59 + 8.46 + 8.23 + 34.34 + 19.90 + 1.74 + 1.23 + 2.51 = 84min

NT = 84 min (1h40min)

Indici tehnico-economici

Ca la orice mașină sau aparat și calitățile unei mași-unelte se apreciază rațional prin indicatorii tehnico-economici, care permit decizii pe baze comparative. Utilizarea unei mașini-unelte ar trebui să se hotărască numai pe baza acestor indicatori. Astfel se definesc : economicitatea ( eficiența economică ) și tehnologicitatea.

Economicitatea este indicatorul de bază, cel care decide în ultimă instanță utilzarea unei mașini-unelte. Eficiența economică se exprimă prin costul operației sau în general al prelucrării efectuată de mașina-unealtă respectivă. Progresul tehnic a dus la mașini mai scumpe, mai complexe pe scara evoluției, dar și mai eficiente tehnico-economic. Evident, prețul mașinii-unelte influențează costul prelucrării pe care o efectuează prin cota de amortisment, însă acesta nu justifică înlocuirea costului prelucrării, cu cel al mașinii ce efectuează prelucrarea.

Calculul economicității unei mașini-unelte sau a unui grup de mașini-unelte cu funcționare corelată, este de obicei destul de dificil. Frecvent, el este însă edificator chiar efectuat cu aproximații, de aceea se impune aplicarea sa obligatorie în construcția și utilizarea mașinii-unelte.

Tehnologicitatea unei mașini-unelte se referă la probleme de execuție pentru producția mașinii-unelte însăși. Ea depinde de complexitatea construcției, de gradul de unificare sau normalizare a pieselor și subansamblelor , de dotarea atelierelor producătoare etc. Se apreciează totdeauna la restul parametrilor egali, se exprimă prin costul de fabricație și servește la comparații numai pentru aceleași condiții concrete de producție.

Mai jos o să ofer o listă de materiale necesare construcție unei mini freze CNC și prețurile cu care acestea pot fi achiziționate de pe diverse site-uri de specialitate. Acestă listă vă poate oferi o idee generală despre ecomicitatea unei astfel de investiții și un raport calita-pret destul de bun.

Protecția mașinii-unelte și a operatorului uman

Exploatarea în condiții optime a mașinii-unelte depinde în mare masură de posibilitățile, asigurate prin construcție, de prevenire a defecțiunilor produse pin manevrări greșite datorită neatenției operatorului, prin supra solicitări întâmplătoare, prin uzura excesivă și prematură a unor organe etc.

Prin constucție mașinile-unelte trebuie să evite în masură cât mai mare solicitarea fizică și nervoasă a operatorului și să prevină accidentarea sa în timpul lucrului.

6.1 Protecția mașinii-unelte

Protecția mașinii-unelte se asigură prin dispozitivile de siguranță și protecție.

Principalele componente ale mașinilor-unelte supuse distrugerii prin avarie sunt ghidajele și lagărele, roțile dințate baladoare, arborii si penele lor, cuplajele și ambreiajele de putere, săniile și piulițele lor de antrenare, sistemele de acționare a dispozitivului de fixare a semifabricatului, motoarele electrice.

Sursele de distrugere a ghidajelor și lagărelor sunt : așchiile, particulele abrazive, ungerea necorespunzătoare, impactul prin lovire cu corpuri metalice. Protecția ghidajelor împotriva așchiilor și particulelor abrazive naturale se realizează cu ajutorul apărătorilor telescopice sau de tip burduf, iar a lagărelor- cu ajutorul elementelor de etanșare. Când construcția permite, trebuie utilizate ghidaje înclinate și arbori principali înclinați sau verticali, cu sensul înspre podea, pentru a permite căderea liberă a așchiilor în tava de colectare. Reținerea particulelor abrazive metalice, ce iau naștere în procesul de așchiere, din uleiul de ungere se face prin filtrare dublă și anume printr-o filtrare clasică, dar fină, urmată de filtrarea magnetică în baia de ulei.

Mașinile-unelte de înaltă precizie, parte dintre cele automate și semiautomate de mare productivitate, precum și cele cu comandă după program și numerică, necisită o ungere corespunzătoare în oricare moment al funcționării. În acest scop, aceste mașini sunt prevăzute cu câte o pompă de ungere manuală centralizată care se folosește înaintea pornirii mașinii la începutl schimbului de lucru, paralel cu ungerea manuală descentralizată a suprafețelor neunse centralizat. Pentru a asigura o ungere corespunzătoare în orice moment al funcționării mașinii, uleiul trebuie să își modifice neesențial caracteristicile. În acest scop, sistemul de ungere al acestor mașini este prevăzut cu câte un termostat, care controlează continuu temperatura uleiului și care nu permite pornirea mașinii decât atunci când uleiul a atins temperatura minimă admisă, iar când uleiul a depășit temperatura maximă admisă, termostatul comandă oprirea mașinii. Așa se explică faptul că aceste mașini pornesc după 10-15 minute de la apăsarea butonului de pornire a motorului principal, iar în cazul opririi automate a mașinii, ca rezultat al depășirii temperaturii maxime a uleiului, aceasta nu mai raspunde la comenzi, creând panică în rândul celor neavizați. Distrugerea ghidajelor prin impactul lovirii lor cu corpuri metalice apare la mașinile-unelte de obicei mijlocii la care se presupune că muncitorul poate purta pe brațe cele mai grele piese ce pot fi prelucrate pe astfel de mașini. Protecția ghidajelor prin apărători solide nu este posibilă datorită faptului că ar împiedica deplasarea saniei în apropiere de dispozitivul de fixare a piesei, necesitând port-scule foarte lungi.

La sistemele electrice erorile frecvente sunt cele de comenzi false de deservire care pot fi date din greșeală, de exemplu prin atingerea lor cu părțile corpului sau cu corpuri tari sau din neatenție. Pentru eliminarea acestor comenzi false, butoanele care comandă mișcări incompatibile, se vor grupa în zone distincte, vor fi colorate în mod diferit sau se vor utiliza butoane cu iluminare propie al acționare pe care scrie mișcarea comandată și vor plasate pe panouri suspendate mobile care, pot fi deplasate în zona de probabilitate minimă a contactării lor din greșeală. Butoanele fixate pe părțile componente ale mașinii, pe cât posibil să nu fie cu reținere, să fie plate sau ascunse, cu acces rapid la ele. O a doua cauză a comenzilor false o constituie formarea de circuite false de comandă în cazul defectării sistemului de comandă. Astfel de comenzi sunt cele mai periculoase, pentru că sunt ne previzibile și necontrolabile parțial sau total efectul lor putând fi dezastruos pentru mașină. În acest scop, pentru avertizarea muncitorului panoul de deservire trebuie prevăzut cu un panou de alarmă ( avarie ) luminoasă sau sonoră, iar pentru întreruperea funcționării mașinii, în acest caz, trebuie prevăzut butonul ciupercă roșu pentru avarie. În cazul avariilor de acest gen, unica acțiune a muncitorului este apăsarea pe butonul de avarie, urmat de depanarea sistemului de comandă.

O problemă specială de protecție o constituie protecția mașinii împotriva vibrațiilor externe (provenite din exteriorul mașinii).

6.2 Protecția operatorului uman

Protecția omului se asigură prin mijloace de protecție speciala, cu care se echipează suplimentar mașina unealtă. Principalele surse de accidentare a omului la mașini-unelte, sunt: așchiile, parcticulele abrazive, pardoseala, dispozitivul de fixare, organele și componentele mașinii in mișcare.

Pentru protecția operatorului împotriva alunecării pe pardoseală se utilizează grătare din lemn sau plastic, sau covoare striate din masă plastică.

Dispozitivul de fixare reprezintă o sursă de accidente grave pentru operator. Din punct de vedere al protecției muncitorului, toate muchiile exterioare trebuie rotunjite, iar parțile mobile ale acestuia sa fie acoperite (ascunse).

În scopul evitării accidentelor prin electrocutare, mașina-unealtă trebuie să fie prevăzuta cu protecție prin legare la pământ, precum și cu elemente de protecție împotriva atingerilor accidentale a elementelor circuitului electric.

Lucrul la mașini-unelte este permis numai personalului calificat, iar înainte de inceperea lucrului se va verifica starea tehnică a mașinii, se va porni mașina în gol, și se va verifica existența împământării la rețeaua electrică. Nu se adminte părăsirea locului de muncă și lăsând mașina în funcțiune, iar la încetarea programului de lucru se va curăța mașina și se vor unge organele în mișcare, ghidajele, respectându-se ciclul de întreținere și reparație al utilajului.

Concluzii

Lucrarea de față tratează proiectarea, construcția și funcționarea corectă a unei mini frezei CNC. Acesta pote fi folosită în producția de serie mică în fabricarea pieselor de mici dimensiuni, uz personal, gravare, pirogravură, dar cel mai important este că se poate folosi în scopuri didactice, pentru diferite școli profesionale de profil mecanic sau industria lemnului. Aceasta s-ar dovedi o invevestiție destul de bună, prețul ( 3000-3500 lei ) nefiind unul foarte mare raportat la un centru de prelucare de mari dimensiuni. Acestă sumă este infimă și se pot achiziționa chiar mai multe mașini pentru ca elevii sa poată vedea în funcțiune o astfel de mașină, să poată realiza practic o gravură sau o piesa de mici dimensiuni și să poată acumula cât mai multe cunoștințe care după terminarea ciclului de studiu o sa îi poată ajuta în industrie.

Mini freza CNC, ar putea fi nelipsită într-un atelier de tâmplărie unde s-ar putea produce cu ușurință o artă a decorării lemnului.

Capitolele din prima parte cuprind noțiuni introductive despre mașinile cu comandă numerică si componentele acestora.

În capitolele din partea a doua se alege mașina de frezat, se fac calculele necesare alegerii motoarelor pas cu pas, calculul șurubului cu bile, se prezintă câteva noțiuni introductive despre lagărele poroase cu autolubrifiere, caracterizarea generală a unei bucșe și proiectarea procesului tehnologic de prelucrare mecanică a arborelui și calculul regimului de așchiere.

În încheiere se tratează principalele probleme ale încercării, întreținerii, exploatării raționale a mașinilor-unelte si protecția operatorului uman.

BIBLIOGRAFIE

Gh. Boangiu, E. Dodon, A. Albu, M. Crețu – MAȘINI-UNELTE ȘI AGREGATE, EDITURA DIDACTICĂ ȘI PEDAGOGICĂ BUCUREȘTI, 1978

Berger motoren – Formulas + Calculation for optimum selection of a Stemotor, Bergelamp, S.U.A. 2006;

Vlase A, ș.a – Regimuri de așchiere, adaosuri de prelucrare și norme tehnice de timp, Editura Tehnică, București, 1983;

Drăgoi, M. V., „Curs și Îndrumar de laborator C.N.C”, Universitatea Transilvania, Brașov, 2006;

Botez, E. – Mașini-unelte Vol. 1, Editura Tehnică, București, 1977

Boncoi Gh., Fota A., ș.a.- Sisteme de producție, vol. III. Editura Lux Libris Brașov, 2002;

http://www.routercnc.ro

Home

http://www.robotics.ucv.ro

http://www.scrigroup.com/tehnologie/tehnica-mecanica

http://www.e-scoala.ro/fizica/particularitati_tehnologice_produs.html

http://www.wikipedia.com

http://www.hiend.ro

http://www.cncro.ro

Cataloagele firmelor citate.