Influenta Echipamentelor Numerice Asupra Constructiei Masinilor Unelte Actionarea DE Avans

CUPRINS

=== cap.1. ===

I.TENDINȚE PRIVIND APARIȚIA ȘI DEZVOLTAREA

MAȘINILOR – UNELTE CU COMENZI NUMERICE

I.1.Istoria mașinilor – unelte

Odată ce oamenii au început să lucreze cu pietre și diverse unelte, a apărut necesitatea construirii unor mijloace rudimentare de prelucrare. Acestea constituie premizele viitoarelor mașini – unelte.

Figura I.1.Mijloc de prelucrare a găurilor

(5000Î.H)

Primele premize, privind operația de strunjire și frezare, au apărut în Evul Mediu ceea ce a constituit un prim mare pas în dezvoltarea mașinilor – unelte ulterioare. Pentru punerea în mișcare a mașinilor se folosea puterea apei sau omul.

Figura I.2.Meșteșugar la strung (1425) Figura I.3.Mașină de frezat acționată de apă.(1615)

Revoluția industrială realizată în secolele XVIII – XIX, a condus la o dezvoltare rapidă a mașinilor – unelte. Apariția motorului cu aburi ca „cel mai puternic motor” și cea a saniei și păpușii mobile sunt cele mai importante descoperiri în domeniul tehnic.

Figura I.4. James Watt Figura I.5. Henry Maudalay

(inventatorul motorului cu aburi) (inventatorul saniei și păpușii mobile)

Figura I.6.Cutie de viteză Figura I.7.Cărucior Figura I.8.Păpușă fixă

În 1775, J. Wilkinson a construit o mașină pentru găurirea țevilor de tun, iar H. Maudsley, în anul 1797, a realizat primul strung.

I.2.Dezvoltarea mașinilor – unelte

Inițial, mașinile erau conduse de la o unitate centrală prin transmisie cu curele.

Figura I.9. Atelier cu strunguri (aprox. 1850)

Mai târziu, mașinile – unelte au avut propriile elemente de acționare, s-a creat mai mult spațiu în atelierele de lucru, rezultând și o productivitate mai mare .

Figura I.10. Atelier cu strunguri (aprox. 1950)

Operatori și mașini

Figura I.11.Strunjire convențională (1950) Figura I.12.Frezare convențională (1950)

Istoria controlului numeric

Importanța deosebită pe care au căpătat-o la mijlocul secolului al XVIII-lea unele ramuri industriale ca mineritul sau industria textilă au adus după sine o dezvoltare rapidă a mijloacelor de producție fără de care progresul ar fi fost imposibil.

În privința apariției și perfecționării mașinilor – unelte pot fi menționate ca puncte de reper următoarele date:

• 1765: Smeaton construiește o mașină de prelucrat alezaje lungi;

• 1775: Wilkinson perfecționează mașina lui Smeaton;

• 1797: Maudsley construiește primul strung a cărui structură de bază este valabilă și azi;

• 1815: apar mașinile de rabotat;

• 1820: este construită prima mașină de frezat;

• 1845: este construit strungul revolver;

Mașinile – unelte cu comandă după program au apărut relativ târziu. În 1845 Fitch introduce capul revolver iar, în 1861, Fletcher și Fuller introduc la strung principiul multiax. Strungurile automate multiax apar prin 1886-1892, după aplicarea tamburului arborilor principali, a arborelui de comandă și a bucșelor elastice de avans și de strângere.

• 1861: este dat în folosință primul strung multiax;

• 1886: sunt puse în funcțiune primele strunguri automate multiax.

Prima realizare cu adevărat remarcabilă în domeniul programării unor utilaje îi aparține lui Joseph Marie Jaquard, care a inventat în anul 1801 războiul de țesut automat, al cărui program de lucru era memorat pe cartele perforate.

Un prim pas către programarea funcționării mașinilor – unelte a fost făcut prin primele încercări de automatizare, încercări concretizate prin apariția strungurilor revolver și multiax și a strungurilor semiautomate și automate la care purtătoarele de program sunt camele.

Continuarea a fost făcută de mașinile de copiat, care au utilizat pentru programarea traiectoriei sculelor sisteme mecanice, electrice, pneumatice, hidraulice și combinații ale acestora. Principalele dezavantaje ale acestor sisteme sunt rigiditatea, care nu permite o schimbare rapidă a programului și prețul ridicat.

Conducerea după program a unui sistem tehnologic de prelucrare presupune în primul rând existența unui suport de memorare a informațiilor variabile (cele care particularizează un anumit reper și care sunt diferite de informațiile fixe stocate în sistemul tehnologic propriu-zis). În plus, trebuie să fie posibilă activarea informațiilor astfel memorate.

Aceste informații trebuie să se refere atât la geometria piesei cât și la o paletă cât mai variată de aspecte privind tehnologia de prelucrare. Preocupările constante ale specialiștilor de a dezvolta astfel de sisteme au fost mereu încununate de succes, astfel încât soluțiile obținute în această direcție au depășit de mult domeniul strict al prelucrărilor pe mașinile – unelte așchietoare.

Dintre posibilitățile de programare le vom menționa doar pe acelea care asigură o bună eficiență și o siguranță sporită în funcționare:

programarea cu ajutorul camelor;

programarea prin copiere după șablon;

sisteme secvențiale de programare;

conducerea numerică propriu-zisă.

Două idei de bază, și anume că orice curbă analitică sau neanalitică poate fi descrisă prin puncte discrete exprimate sub formă numerică într-un sistem de coordonate convenabil ales și că determinarea coordonatelor acestor puncte se poate face ușor și rapid prin utilizarea calculatoarelor electronice au fost punctul de pornire pentru punerea la punct a unui nou principiu de comandă a mașinilor – unelte.

În perioada 1942-1944 au început la Massachusetts Institute of Technology (M.I.T.) – SUA, cercetări privind posibilitatea conducerii traiectoriei sculelor cu ajutorul calculatorului, rezultatul fiind apariția în anul 1952 a primei mașini de frezat CN cu bandă perforată.

Alte câteva repere în evoluția conducerii numerice a mașinilor – unelte ar fi:

• 1968: realizarea primului echipament cu circuite integrate;

• 1969: apariția conducerii directe a mașinilor – unelte cu calculatorul (DNC);

• 1972: utilizarea pentru prima dată a unui echipament de comandă numerică cu minicalculator (CNC);

• În România, primele mașini – unelte cu comandă numerică au fost produse în anii 1972-1975.

În cazul conducerii numerice, programul se memorează pe un purtător de informații adecvat, sub formă de date numerice. Mașinile – unelte cu conducere numerică (MU-CN) sunt mașini – unelte care pot "interpreta" numerele reprezentate în diverse formate (cu preponderență fiind utilizate forme bazate pe codul binar), iar programul poate fi transpus pe cartele perforate,

Figura I.13.Control numeric cu bandă perforată

Figura I.14.Panou pentru comandă numerică

bandă perforată, bandă magnetică, într-un anumit cod. Trebuie pus în evidență faptul că programul poate fi transmis mașinii – unelte direct de la un calculator, fără să mai fie nevoie de un purtător intermediar de program. Se înțelege că mașina – unealtă trebuie să fie echipată cu dispozitive speciale, capabile să prelucreze datele din program.

Apariția conducerii numerice marchează un punct important în automatizarea mașinilor unelte, permițând rezolvarea unor probleme tehnologice deosebit de complexe în condițiile unei flexibilități ridicate a sistemului de programare.

Posibilitatea ajustării facile a programului pentru corectarea eventualelor erori, adaptarea la repere asemănătoare, modificarea regimului de așchiere sau luarea în considerare a unor scule de dimensiuni diferite face ca programarea mașinilor-unelte prin conducere numerică să fie o metodă deosebit de flexibilă, cu aplicabilitate în orice domeniu al producției, de la unicate la producția de serie mare și masă. Nu în ultimul rând, trebuie menționat faptul că datorită ieftinirii spectaculoase în ultimul timp a componentelor electronice și în consecință a echipamentelor de conducere numerică, aria de utilizare a MU-CN a crescut foarte mult în perioada actuală. Astfel, dacă în urmă cu 30-35 ani se vorbea de un anumit domeniu optim de utilizare a mașinilor – unelte cu conducere numerică, în zona unei producții de circa 10…250 bucăți, astăzi se poate aprecia fără teama de a greși că MU-CN pot fi utilizate cu succes, deci în condiții economice, în producția de unicate, serie mică sau mare și chiar la producția de masă..

Prelucrarea pe mașini – unelte

Toate lucrurile care ne înconjoară conțin o gamă largă de componente. Piesele sunt diferite prin materialele care le compun cât și prin forme și dimensiuni.

Cele mai importante procedee de prelucrare, implementate pe mașini – unelte sunt: strunjirea și frezarea (conform [3]).

Figura I.15.Strunjire

Figura I.16.Frezare

Piesa este un corp geometric constituit din suprafețe exterioare și interioare de diferite forme: cilindrice, conice, plane, profilate, speciale (filete, danturi, caneluri etc.). Procedeele de prelucrare se stabilesc în funcție de forma suprafețelor. Procedeul de prelucrare dominant este determinat de mișcările necesare generării suprafețelor:

dacă piesa posedă o axă de revoluție și poate fi antrenată în mișcare de rotație în jurul acestei axe, procedeul de prelucrare dominant este strunjirea.

dacă piesa nu posedă o axă de revoluție, sau suprafețele de prelucrat nu sunt coaxiale cu axa de revoluție, procedeul dominant este frezarea – alezarea.

Figura I.17.Piese prelucrate prin frezare – alezare Figura I.18.Piese prelucrate prin strunjire

Procedee de prelucrare prin așchiere specifice tipurilor de suprafețe (conform [2] pag.57):

suprafețe cilindrice și conice exterioare:

strunjire, frezare, broșare, rectificare, vibronetezire, deformare plastică;

Fig.I.19.Piese cu suprafețe cilindrice și conice exterioare

suprafețe cilindrice și conice interioare:

burghiere, lărgire, adâncire, lamare, strunjire, alezare, broșare, rectificare, honuire, deformare plastică;

suprafețe plane:

rabotare, mortezare, frezare, broșare, strunjire, rectificare, lepuire;

suprafețe profilate:

strunjire, frezare, broșare, rectificare;

Fig.I.20.Piese cu suprafețe profilate

filete:

strunjire, frezare, rectificare, deformare plastică;

danturi:

roți cilindrice:

frezare: copiere, rostogolire;

mortezare: copiere, rostogolire;

rectificare: copiere, rostogolire;

șeveruire: șever disc, șever cremalieră, șever melc;

honuire;

rodare.

roți conice:

frezare: copiere, rostogolire;

rabotare: copiere după șablon, rostogolire;

rectificare prin rostogolire ~ frezare.

Figura I.21.Danturi

caneluri:

frezare, mortezare, broșare, rectificare, deformare plastică

Piesele pot fi prelucrate pe strunguri și freze cu o precizie de numai câțiva micrometrii și cu suprafețe finisate. Precizia este de câteva ori mai bună decât grosimea unui fir de păr (0,05mm).

Desenele de execuție

Inginerii mecanici specifică dimensiunile și calitatea suprafețelor pe desenul de execuție. Din aceste desene, inginerul generează desenele tehnice ca bază pentru producție.

Figura I.22. Arbore pentru cutia de viteze

Figura I.23.Platou de etanșare pentru mașină de măcinat

Implementarea pe mașini – unelte

Înainte de începerea producției trebuie scris programul pentru mașina-unealtă. Pe baza informațiilor conținute în desenul piesei și planul de operații, programatorul tehnolog, având la dispoziție desenul de execuție al piesei, planul de operații și manualul cu limbajul de programare utilizat, elaborează programul piesă, care se scrie într-un program NC. În programul NC sunt scrise într-un limbaj de programare specific, o succesiune de instrucțiuni ce definesc geometria piesei, traiectoria sculei, condițiile de deplasare a sculei cât și condițiile tehnologice, informații ce vor fi transmise calculatorului.

Figura I.24. Prelucrare prin strunjire pe mașini – unelte cu CNC

Figura I.25. Prelucrare prin frezare pe mașini – unelte cu CNC

Pentru acest gen de prelucrări, ingeniozitatea, talentul și experiența joacă un rol extrem de important.

Pentru o execuție precisă și în timp scurt o influență mare o are experiența inginerului programator tehnolog.

=== CAP.3 ===

III.EVOLUȚIA COMENZII NUMERICE ȘI INFLUENȚA EI ASUPRA CONSTRUCȚIEI MAȘINILOR – UNELTE

Spre deosebire de celelalte sisteme după program, apariția comenzii numerice marchează o etapă nouă în automatizarea mașinilor – unelte. Odată cu apariția multiplelor posibilități pe care le oferă comanda numerică au apărut mașinile cu însușiri noi, cu mai multe axe coordonate simultan, cu schimbarea automată a sculei, cu o capacitate de prelucrare și cu o precizie mai ridicată.

III.1. Definiția comenzii numerice

Comanda numerică reprezintă în esență, acele sisteme de comandă program, la care informațiile sunt memorate sub formă de numere pe un purtător adecvat de informație.

Apariția comenzii numerice marchează o etapă nouă în dezvoltarea comenzilor mașinilor – unelte. Înaintea apariției comenzii numerice și a automatizării, era preponderentă noțiunea de productivitate.

După apariția comenzii numerice, noțiunii de automatizare i s-au asociat alte trei calități:

precizie;

rapiditate;

suplețe.

În ceea ce privește precizia de prelucrare se remarcă două aspecte:

fidelitatea;

repetabilitatea.

Rapiditatea prelucrării piesei:

rapiditatea în pregătirea fabricației (concepție, modificarea piesei, pregătirea produsului de prelucrat;

rapiditate de reglare a mașinii – unelte și a prelucrării propriu-zise.

Suplețea este libertatea de mișcare a sculei în raport cu piesa, în atingerea oricăror puncte situate în orice parte a piesei și parcurgerea unor traiectorii numeroase și complexe.

III.2. Aspecte cu caracter general

Introducerea comenzii numerice a pus în fața constructorilor de mașini – unelte două probleme principale (conform [7] pag.7.1):

fiabilitatea echipamentului de comandă numerică;

adaptarea acestor echipamente la mașinile – unelte de concepție clasică.

Neajunsurile generate de prima problemă erau evidente și ușor de depistat. Situația era total diferită față de cea de-a doua problemă: deficiențele erau greu de localizat și adesea erau imputate fiabilității reduse a echipamentului numeric.

Simpla construire, din părți mecanice și de automatizare, a unui ansamblu de prelucrare comandat numeric a condus la rezultatul scontat. Era necesar să se definească un set de criterii pentru ambele părți ale ansamblului, definit într-o interdependență reciprocă. Preponderente sunt însă criteriile aferente părții mecanice a ansamblului.

Dezvoltările din domeniul tehnologiei de realizare a componentelor electronice au soluționat problema fiabilității echipamentelor numerice.

Soluționarea aspectelor mecanice ale ansamblului de prelucrare cu comandă numerică s-a realizat prin transformările succesive ale mașinii – unelte, care la origine nu a fost gândită în ideea de a fi automatizată prin comandă numerică. Analizând o mașină – unealtă comandată numeric (fig.III.1.), se pot pune în evidență câteva aspecte cu caracter general:

Deoarece deplasările organului mobil și a sculei sunt executate în întregime (în regim de poziționare și lucru) de către motoare de acționare au dispărut manivelele și roțile de manevră. De asemenea, prin faptul că schimbarea turațiilor și avansurilor se realizează prin programare automată, numărul levierelor și selectoarelor de turații și avansuri este mult mai mic. Sub aspectul formei generale a mașinii – unelte cât și a subansamblurilor componente, se remarcă utilizarea corpurilor paralelipipedice.

Prelucrările se realizează într-un grad mare de centralizare. Pe aceeași mașină se realizează o gamă largă de operații. Concludente, pentru a indica această orientare, sunt centrele de prelucrare. Corelat cu această tendință a apărut necesitatea reducerii timpilor auxiliari, soluționată prin reducerea la maxim a intervențiilor manuale pentru schimbări de scule, fixarea semifabricatelor etc. Ca urmare, au apărut sisteme automate de schimbare a sculei, a construcțiilor cu mese rotative pentru a face ca un număr cât mai mare de fețe a piesei să poată fi prelucrate din aceeași prindere și a celor cu mese duble, una din mese este utilizată pentru fixarea piesei în timpul prelucrării altei piese.

Datorită costului ridicat, mașinile – unelte cu comandă numerică trebuie să asigure în afară de o preciziei ridicată, și o productivitate de două până la zece ori mai mare decât la mașinile – unelte clasice.

Figura III.1.Elemente componente MU-CN

Din aspectele menționate, ultimul are cele mai mari implicații în soluțiile mecanice adoptate pentru mașinile – unelte cu comandă numerică.

Din acest punct de vedere se pot desprinde câteva particularități ale mașinilor – unelte integrate în sistemul de prelucrare cu comandă numerică.

Productivitatea ridicată a acestor mașini – unelte pune probleme de rezistență la uzură a principalelor subansamble.

Accelerațiile (decelerațiile) suportate de astfel de mașini – unelte sunt incomparabil mai mari decât a celor convenționale. Corelat cu aceste accelerații (decelerații) alături de rezistența la uzură, se pune pe prim plan și rezistența la șocuri, ceea ce conduce inevitabil la soluționări caracterizate prin jocuri minime ale organelor de transmitere a mișcărilor.

Accelerațiile și decelerațiile mari care iau naștere la modificările bruște de avans, conduc la generarea unor solicitări importante prin torsiune și încovoiere cu implicații în rezonanța mecanică a principalelor subansamble mecanice.

Fenomenul de rezonanță este inseparabil de apariția unor defazaje, între elementul care acționează și cel acționat cu repercursiuni negative asupra preciziei de prelucrare.

Unul din avantajele de bază ale comenzii numerice îl constituie posibilitatea poziționării precise a sculei, în raport de piesă, în timpul și în afara prelevării de așchii. Deplasările comandate numeric acoperă un domeniu larg: de la 1/1000 mm, până la câteva mii de mm. Pentru soluționarea corectă a problemelor legate de deplasare (în special pentru cele de ordinul μm), se impune existența unei bune regularități de tip cauză – efect. Ca urmare, apare necesitatea de a asigura eforturi de antrenare constante a organului mobil pe toată lungimea de deplasare, indiferent de valoarea vitezei.

Dar, se știe că frecările variază proporțional cu vitezele de deplasare și ca urmare, variază implicit și eforturile de deplasare. Pentru a reduce la minim variația acestor eforturi, trebuie luate în considerare sisteme care conduc la scăderea frecărilor în cadrul subansamblurilor de mișcare.

Având la bază aspecte menționate anterior, se pot deduce problemele principale, cu caracter general, care trebuie avute în vedere la proiectarea principalelor subansambluri ale mașinii – unelte comandată numeric.

III.3.Acționarea principală

Acționarea lanțurilor cinematice principale se realizează cu motoare asincrone trifazate și motoare de curent continuu (fig.III.2). Motoarele asincrone trifazate sunt utilizate în asociere cu variator de turații de tip discret. În general sunt motoare asincrone cu două turații nominale: turația mică fiind cu conectare în stea, iar turația mare cu conectare în stea-dublă.

Utilizarea motoarelor de curent continuu în acționările principale s-au impus prin posibilități largi de reglare a turațiilor cât și printr-o comportare dinamică bună.

Dependența turației n de cuplul M dezvoltată de motor:

unde:

n – turația;

M – cuplul dezvoltat de motor;

A – tensiunea de alimentare a indusului motorului;

RA – rezistența indusului;

Kc, KM – constante;

– fluxul dat de înfășurarea de excitație a motorului.

Variația turației se poate realiza prin diminuarea fluxului sau prin micșorarea tensiunii de alimentare. Existența acționărilor de curent continuu utilizate în asociere cu variatori de turații de tip discret duc la mărirea domeniului de reglare a turației arborelui principal.

Asupra preciziei de prelucrare și a calității suprafețelor influențează structura acționărilor de avans. Pentru mărirea preciziei de prelucrare, acționările de avans ale MUCN au lanțuri cinematice mai scurte decât mașinile convenționale.(fig.III.3.)

Figura III.3.Structura lanțului cinematic de acționare de avans a unei mașini de frezat cu CN

Lanțul cinematic este foarte scurt, servomotorul fiind legat prin intermediul unei curele sincrone direct la șurubul cu bile. Nemaifiind elemente intermediare obținem o construcție simplă, rigidă, cu precizie ridicată și fiabilitate bună.

Arborele principal este direct legat la motor (fig.III.4) fără a mai utiliza o a doua roată de antrenare astfel încât pierderea de putere să fie eliminată. Astfel transmisia de putere de la motor la arbore este maximă. Suportul atașabil pentru prinderea motorului de asemenea permite înlocuirea motorului de acționare cu unul mai puternic. Strungul este echipat standard cu un arbore principal de 6000 rot/min ce este ideal pentru prelucrări cu viteze mari, cum este aluminiul sau alte metale ductile.

Figura III.4.. Structura lanțului cinematic de acționare de avans a unui strung cu CN

Pentru acționarea principală se folosește un motor de putere cu cuplu mare și timpi de accelerație mici pentru a dezvolta turații optime de prelucrare.

III.4.Acționarea de avans

Pentru acționările de avans s-au impus alături de motoarele de curent continuu clasice, motoare de curent continuu de construcții noi pentru a mări performanțele dinamice ale acestora, cum ar fi:

• scoaterea momentelor de inerție;

• realizarea unor viteze lente.

III.4.1.Mecanisme șurub-piuliță

Mecanismul șurub-piuliță este folosit la foarte multe lanțuri cinematice de avans ca ultim mecanism.

Pentru înlocuirea frecării de alunecare din șurubul clasic, prin frecare de rostogolire sau frecare lichidă, în scopul măririi randamentului mecanismului șurub-piuliță și al utilizării lui la mașinile cu comandă numerică se construiesc șuruburi conducătoare cu elemente intermediare și șuruburi conducătoare cu sustentație hidrostatică.

Șuruburile conducătoare cu elemente intermediare pot fi cu bile sau cu role.Șuruburile conducătoare cu bile înlocuiesc frecarea de alunecare din șurubul clasic, prin frecare de rostogolire, ceea ce micșorează uzura și îmbunatățește substanțial randamentul mecanismului. Între șurubul 1 din figura III.5 și piulița sa 2 există un număr de bile 3, grupate pe unul sau două circuite separate, pe o lungime axială de 2,5 pași. Recircularea bilelor se realizează printr-o țeava încorporată în piuliță, prin care bilele revin în poziția inițială după ce au străbătut lungimea piuliței.

Robustețea piuliței permite să se cupleze șurubul direct la un motor electric, dar fiabilitatea sa crește substanțial dacă turația șurubului nu depășește l 000 rot/min, iar frecvența de inversare a sensului de rotație nu este prea ridicată.

Șuruburile cu bile sunt utilizate pentru poziționarea precisă a mesei mașinii – unelte pe direcțiile X și Y.(fig.III.6.)

Fig.III.6.Sistemele de axe X, Y la o mașină de frezat CNC

Șuruburile cu bile se mișcă silențios atât în gol cât și sub sarcină. Ele sunt utilizate și în cazul centrelor de prelucrare când, se dorește mutarea fiecărei mese a mașinii pe direcțiile X, Y, Z.(fig.III.7.)

Fig.III.7.Sistemele de axe X, Y, Z la un centru de prelucrare

Părți componente ale șurubului cu bile

Părțile componente ale șurubului cu bile (fig.III.8) sunt :

Fig.III.8.Părți componente

A: Bila din oțel

B: Tija șurubului

C: Piulița cu bile

D: Etanșarea (ambele părti ale piuliței)

E: Părțile de recirculare (tubul de întoarcere etc.)

Șurubul conducător

În figura următoare sunt precizate dimensiunile caracteristice ale șurubului.

Fig.III.9.Dimensiuni caracteristice

unde:

D: diametrul nominal al șurubului

dm:diametrul cercului de divizare al bilelor

dr: diametrul de bază al șurubului conducător

l: pasul

Dw: diametrul bilei

profilul căii de rulare a bilei

Profilul căii de rulare a bilei (fig.III.10) se aseamănă cu forma cupolelor caracteristice construcțiilor realizate în stilul gotic. Profilul căii de rulare mai este denumit calea de rulare “arc gotic” al bilei.

Fig.III.10.Profilul căii de rulare

diametrul cercului de divizare al bilei

Fig.III.11.Diametrul cercului de divizare

Este diametrul unui cerc format de centrele bilelor de recirculare (fig.III.11). Această dimensiune este necesară în studiul vitezei de rotație permise. Este valoarea ce se găsește în tabelele de dimensiuni din cataloage.

diametrul de bază al șurubului

Acesta se referă la diametrul de fund al căii de ghidare a bilelor. Este cea mai mică parte a șurubului cu bile, și este necesar pentru a se putea calcula viteza critică a unui șurub conducător. Valoarea acestui diametru se găsește în tabelele cu dimensiuni.

sensul de rotație al șurubului cu bile

Sunt două direcții de rotație, pe stânga și pe dreapta. Cel mai adesea se folosesc șuruburi cu filete pe dreapta.

Șurub cu filet pe dreapta

Dacă se urmărește calea de rulare în sens orar, uitându-se la șurubul conducator aflat în pozitia lui axială, filetul este îndreptat în direcție opusă observatorului. Astfel de șuruburi se numesc șuruburi cu filet pe dreapta (fig.III.12). După cum este aratat și în figură, calea de rulare se înclină spre dreapta.

Fig.III.12.Șurub cu filet pe dreapta

Șurub cu filet pe stânga

Dacă se urmărește calea de rulare în sens orar, uitându-se la șurubul conducător aflat în poziția lui axială, filetul se apropie de observator. Aceste tipuri de șuruburi sunt denumite șuruburi cu filet pe stânga (fig.III.13). După cum este arătat și în figură, calea de rulare se înclină spre stânga.

FigIII.13.Șurub cu filet pe stânga

Sistemele de recirculare a bilei și componentele acestora

profilul căii de rulare a bilei

Fig.III.14.Profilul căii de rulare

componenta de recirculare a bilei: tubul de retur

Caracteristici:

Aplicabil unui câmp larg de diametre și pasuri ale șurubului;

Performanță bună, constantă;

Adaptabilitate la producția de masă: excelentă;

Numărul de treceri al bilelor/circuit: în general 1.5 până la 3.5 treceri.

diametrul cercului de divizare al bilei

Fig.III.15.Diametrul cercului de divizare al bilei

Componenta de recirculare a bilei : deflector

Caracteristici:

Se potrivește pentru filetul cu pas fin

Adaptabilitate la producția de masă: modestă

Numarul de treceri al bilelor/circuit: o singură trecere

Observatie:

Circuit: un circuit în care bilele din oțel circulă non-stop în jurul șurubului

Numărul de treceri: numărul căilor de rulare dintr-un singur circuit în care bilele din oțel circulă în jurul (în contact cu) șurubului

( Numărul efectiv de treceri: [numărul de treceri] x [numărul de circuite] )

Tipul capacului de închidere

Fig.III.16.Capacul de închidere

Componenta de recirculare: capacul de închidere (alezajul de recirculare al bilei este prevăzut în piulița cu bile)

Caracteristici:

Pentru pasuri elicoidale mari la care tubul de retur și tipul deflectorului nu sunt aplicabile

Este necesar ca, pentru modelele respective, să nu fie usor adaptabil în producție

Adaptabilitate la producția de masă: moderată

Numărul de treceri al bilelor/circuit: 0.7 și 1.7 treceri (în general este aplicat unui șurub cu bile cu mai multe începuturi)

Observatie : “Ce este un șurub cu mai multe începuturi?”

În general, este o singură cale de rulare a bilei într-un șurub conducător. Acesta este numit șurub cu un singur început. Când este vorba de două sau mai multe căi de rulare a bilei, aceste tipuri de șuruburi sunt denumite șuruburi cu mai multe începuturi (fig.III.17).

Faza dintre filetele 1 și 2 este de 180 ˚.

Fig.III.17.Filet cu unul și mai multe începuturi

Pe masură ce pasul crește, spațiile dintre căile de rulare a bilei devin mai largi. În plus, pe masură ce pasul crește, menținerea unui număr efectiv de treceri este tot mai dificilă. (Lungimea piulitei nu poate fi marită din cauza unor restricții de fabricare.) . Pentru a obține numarul efectiv maxim de treceri, trebuie să mărim numarul căilor de rulare ale bilei. Prin adaugarea de căi de rulare între spațiile dintre căile de rulare existente (o utilizare mai eficientă), trecerile bilelor se vor putea face mai eficient. Acesta este motivul pentru care șuruburile cu mai multe începuturi se utilizează pentru șuruburile cu bile cu pas elicoidal mare.

Bile din oțel

Diametrul bilei din oțel

Diametrul bilelor din oțel este determinat, luându-se în considerare raportul dintre diametrul șurubului conducător și pasul (l), rigiditate, capacitatea de încărcare etc.

Fig.III.18..a. Când diametrul bilei este ajustat pentru pas Fig.III.18.b. Când diametrul bilei este prea mare

(Vârful filetului șurubului este menținut plat pentru pas (Vârful filetului șurubului

între două căi de rulare a bilei adiacente) nu este plat între două căi de rulare

adiacente)

Asamblarea bilelor

Bilele din oțel se rostogolesc de-a lungul căilor de rulare formate între șurubul conducător și piuliță. De vreme ce, pentru a stăpâni bilele din oțel, nu există colivii ca și cele prevăzute la rulmenții cu elemente de rostogolire, bilele adiacente vor veni în contact unele cu altele și, ca rezultat, un șurub cu bile tinde să se blocheze când jocul dintre bile este pierdut.

Fig.III.19.Rostogolirea bilelor din oțel

Câteodată asamblăm bile din oțel, care sunt cu câteva zecimi de milimetrii mai mici decât bilele din oțel obișnuite, între bilele din oțel obișnuite ca să funcționeze pe post de piese de fixare, în scopul îmbunătățirii netezimii șurubului cu bile (fig.III.20). Pentru a le diferenția de bilele care lucrează ca “bile de distanțare”, bilele din oțel obișnuite sunt numite “bile cu sarcină”.

Fig.III.20.Bile de distanțare

Elemente de etanșare

Când, în interiorul piuliței pătrunde murdărie sau corpuri străine, acest lucru poate afecta continuitatea operației sau poate cauza uzura prematură, fiecare dintre acestea putând cauza probleme bunei funcționări a șurubului cu bile. Pentru prevenirea apariției acestor lucruri, elementele de etanșare sunt astfel prevăzute încât să nu permită pătrunderea impuritaților.

Elemente de etanșare standard

Fig.III.21. Elemente de etanșare standard

Elemente de etanșare de înaltă performață

Capacitatea de etanșare este sporită prind adăugarea unei ascuțiri a cărei formă este foarte similară cu secțiunea transversală a șurubului conducător în scopul minimalizării momentului de rotație (fig.III.22).

Odată eliminate zonele de degajare de la fund, căile de rulare ale bilei din șurubul conducător sunt proiectate cu o anumită formă pentru a contribui la îmbunătățirea performanței de etanșare.

Efecte: Conform rezultatelor testelor, în comparație cu elementele de etanșare convenționale, s-au obținut următoarele date:

– Contaminarea cu corpuri străine este redusă

-Viața șuruburilor cu bile este marită de mai mult de patru ori.

Precizia și preâncărcarea sunt similare ca la produsele obișnuite.

Fig.III.22. Elemente de etanșare de înalta performanță

3.Alte elemente

Suflantele sau țevile telescopice ar trebui utilizate atunci când elementele de etanșare nu pot proteja complet șurubul conducător.

Fig.III.23.Utilizarea suflantelor și țevilor telescopice

Utilizarea șuruburilor cu bile

Montarea șuruburilor cu bile

În principal, șuruburile cu bile sunt folosite ca șuruburi de avans(șurub conducător). Cu alte cuvinte, șuruburile cu bile sunt folosite ca elemente mecanice în transformarea mișcării de rotație în mișcare liniară, sau invers. Este cunoscut faptul că șuruburile cu bile își pot îndeplini rolurile doar în condițiile în care se află în combinații corespunzatoare cu alte elemente mecanice.

Este necesar ca șuruburile conducătoare să fie rezemate astfel încat să se poată roti. De obicei se utilizează lagărele cu elemente de rostogolire (fig.III.24).

Fig.III.24.Lăgăruirea șurubului cu bile .

Există multe modalități de rezemare a șuruburilor cu bile.

Pentru sprijinirea rulmenților sunt necesare console (fig.III.25, 26).Acestea sunt fixate de baza mașinii. Astfel este determinată poziția șurubului cu bile.

Fig.III.25.Soluție de fixare a șurubului

.

Fig.III.26.Soluție de fixare a șurubului de masa mașinii

Rotirea șurubului conducător este obligatorie. Adică, este necesară cuplarea șurubului conducător la un motor (fig.III.27). Pentru unele aplicații este nevoie și de o sursă de antrenare a motorului și un traductor pentru controlul poziției.

Fig.III.27.Modalitate de conectare a motorului prin cuplaj

Căile de ghidare sunt necesare pentru menținerea pozitiei precise a mesei. Recent, s-a extins utilizarea lagărelor cu elemente de rostogolire pentru ghidare liniară, cum ar fi ghidajele liniare.

Fig.III.28.Utilizarea ghidajelor liniare

Următoarele componente reprezintă cerințele minime pentru utilizarea șurubului cu bile.

Elemente de reazem (rulmenți, suporturile lagarelor)

Piulița șurubului cu bile

Sistem de antrenare (cuplaje, scripete, motor etc.)

Ghidaje liniare

Influența erorilor de montare asupra funcționării șurubului cu bile

În momentul în care există erori de montare, se poate genera o forță de deformare (cum ar fi încarcare radială sau încarcare cu moment) între șurubul conducător și piuliță (fig.III.29).

eroare de la excentricitate eroare de la înclinare

Fig.III.29.Forțele de deformare

. Acest lucru poate cauza urmatoarele probleme sau avarii:

O durată de funcționare scurtată;

Efect negativ în continuitatea procesului;

Influentă negativă asupra preciziei de pozitionare;

Generare de zgomote sau vibrații;

Rupere a capătului șurubului conducător etc.

În consecintă, trebuie acordată o mare atenție preciziei de montare a șurubului.

Tipuri de piuliță cu bile și caracteristicile acesteia

Tipul piulițelor variază în funcție de modul în care sunt montate în carcasă. Sunt recomandate “piulițele cu guler” deoarece prezintă caracteristicile necesare unui montaj precis.

Piulița cu guler (fig.III.30)

La precizia impusă, centrarea piuliței este ușor de realizat.

Fig.III.30.Piulița cu guler

Piulița dublă cu guler (fig.III.31)

Fig.III.31.Piulița dublă cu guler

Centrarea piuliței la precizia impusă se face ușor.

Deoarece flanșele de montare sunt oarecum groase, bolțurile de fixare sunt mai lungi. Prin aceasta, rigiditatea montajului poate fi compromisă.

Piulița dublă, cilindrică (fig.III.32)

Fig.III.32.Piulița dublă cilindrică

Necesită o placă de fixare pentru preâncărcare. Este destul de dificilă obținerea unei preâncărcări corespunzatoare.

Piulița pătrată (fig.III.33)

Fig.III.33.Piulița pătrată

Este dificilă ajustarea preciziei de montare a piuliței. Acest tip poate fi atașat direct la o masă, fără console și astfel, întregul sistem va deveni compact.

Configurația capătului șurubului conducător

Configurațiile capătului șurubului conducător variază în funcție de mărimea șurubului, metoda de montare a acestuia, metoda de antrenare, condițiile de funcționare etc. deci, nu există o configurație standard.

Moduri de rezemare a șurubului conducător

-Rulmenți (reazem fix);

-Rulment (reazem simplu);

-Fără reazem.

Configurația reazemului cu rulment în raport cu partea de antrenare

Reazem fix (fig.III.34)

Configurația acestui reazem: este folosit atunci când sunt impuse pentru functionalitate : o rigiditate mare în directie axială, capacitate de încarcare și o creștere în limita vitezei critice pentru operațiile de mare viteză.

În general, se folosesc rulmenți oblici cu bile

Cost de montare: ridicat

Fig.III.34.Reazem fix

Reazem simplu(fig.III.35)

De obicei, se utilizează rulmenți radiali cu bile (rulmenți cu canal de bile adâncit)

Mai simplu spus, această alegere se situează între “reazem fix” și “fără reazem”

Cost de montare: moderat

Fig.III.35.Reazem simplu

Fără reazem (fig.III.36)

Acest lucru se face atunci când nu sunt probleme în ceea ce privește vibrația șurubului conducător sau viteza critică

În general, acesta se utilizează atunci când lungimea șurubului conducător este relativ mică pentru diametrul arborelui și când viteza de rotație a arborelui nu este prea mare.

Cost de montare: scăzut

Fig.III.36.Fără reazem

III.4.2. LANȚUL CINEMATIC DE AVANS AL STRUNGURILOR CU CNC

Lanțul cinematic de avans are rolul de a transmite elementului acționat (sanie longitudinală, transversală, masă de coordonate) mișcarea de avans cu viteza de avans necesară, specifică fiecărei prelucrări în parte, în condițiile asigurării unei rigidități corespunzătoare și amortizarea vibrațiilor ce apar sub acțiunea forțelor de așchiere pe care acesta trebuie să le învingă.

Lanțul cinematic este compus din :

-elementul acționat;

-mecanismele de transmitere a mișcării (cremaliera, șurub conducător, reductor);

-elementul de acționare : motorul de avans ;

-cuplajul traductorului;

-traductorul de turație sau de deplasare.

Funcționarea lanțului cinematic de avans este controlată de echipamentul de comandă numerică prin intermediul blocurilor electronice funcționale ale acestuia:

pentru datele de intrare:

-traductorii de poziție;

-cititorul de bandă;

-memoria;

-comparatorul;

-interpolatorul.

b. pentru datele de ieșire:

-amplificator de deplasare;

-amplificator de comutare;

-automatul programabil;

-variator VAMS și VAMM;

-interfața;

-relee convenționale.

Traductorii de poziție transformă informația de deplasare a semnalului electric ondulatoriu , codificat apoi în binar 0 și 1. Cititorul de bandă preia informațiile tehnologice și de deplasare codificate în cod binar de pe suportul de informație și le transmite memoriei comenzii numerice și comparatorului care compară valorile cerute cu valorile măsurate de traductori și transmite elementelor de acționare , curenții electrici cu intensitatea cerută pentru realizarea mișcărilor de avans cu viteza de avans necesară pe distanța impusă.

În cazul de față ne propunem să analizăm soluția constructivă utilizată pentru transmiterea mișcărilor de avans longitudinal (axa ) și transversal (axa ) a strungului cu CNC.

III.4.2.1.Lanțul cinematic pentru realizarea mișcării de avans longitudinal, axa Z

Mișcarea de avans longitudinal este realizată de sania longitudinală prin deplasarea pe

ghidajele batiului paralel cu axa arborelui principal , axa Z.

Lanțul cinematic are rolul de a transmite saniei longitudinale mișcarea de avans cu vitezele și pe distanțele impuse de programul comenzii numerice în condițiile asigurării preciziei de mișcare impusă de clasa de precizie a prelucrării care trebuie efectuată.

Lanțul cinematic de avans longitudinal este compus din:

-servomotorul de avans SFP 2,3 ;

-reductorul cu curea lată dințată ; ;

-traductorul de rotație IGR ce conține articulația homocinetică și cepul filetat al șurubului cu bile;

-șurubul cu bile ;

-piulița șurubului cu bile ;

-sania longitudinală.

Lanțul cinematic de avans este amplasat pe corpul batiului în partea din față. Comanda numerică preia informațiile de deplasare de la traductorul de rotație montat pe capătul șurubului =3500 rot/min acționat de variatorul VAMS 4,7.

Momentul de rotație al motorului de avans este amplificat de 3,3 ori prin reductorul cu curea lată sincronă cu raportul de transmitere . În același timp viteza de rotație a șurubului cu bile este de 3,3 ori mai mică decât cea a motorului de avans.

Roțile de curea sincronă sunt centrate cu precizie pe axele lor de rotație pentru a nu introduce erori de deplasare . Roata cu z = 22 dinți este montată direct pe axul motorului de avans printr-un ajustaj alunecător pentru a asigura o centrare precisă .

Roata (32) cu z = 72 dinți este montată direct pe șurubul cu bile , centrarea precisă a acesteia este asigurată cu pene inelare interioare și exterioare.

În capătul șurubului cu bile se află montat cepul traductorului de rotație cu suprafața de așezare conică pentru o centrare cât mai precisă a acestuia în axul șurubului cu bile chiar în gaura conică de centrare care a folosit la prelucrarea între vârfuri a șurubului cu bile .

Pe cep este montată articulația homocinetică a traductorului cu element elastic, cu rolul de a prelua eventualele erori de coaxialitate și de a amortiza vibrațiile cu frecvențe mari și amplitudini mici ce apar inevitabil în procesul de prelucrare prin așchiere.

Articulația homocinetică cu elementul elastic transmite mișcarea de rotație la axul traductorului de rotație. Pentru a impiedica eventualele deplasări ale axelor în ajustajele alunecătoare , articulația homocinetică este blocată pe axul traductorului și a șurubului cu bile cu știfturi filetate.

Șurubul cu bile are două lagăre cu ungere forțată, intermitentă, cu ulei adus prin tubulatură și dozatoare de ungere de la pompa de ungere și rezervorul de ulei. Pompa de ungere este acționată automat pe o durată de 5-12 secunde la fiecare pornire a strungului, realizând astfel ungerea periodică a lagărelor și a ghidajelor.

La capătul dinspre extremitatea batiului șurubul cu bile are un cap pătrat pentru cheie pătrată care servește la acționarea manuală a acestuia în timpul operațiilor de reglaj, montaj sau depanare a strungului.

Lagărele șurubului cu bile sunt realizate din pachete de rulmenți radiali axiali cu bile 7205 în clasa de precizie P4 cu soluția de montaj în “”, care permite ușoare rotații ale axei șurubului în lagăr pentru preluarea unor mici deformații ale axului șurubului cu bile care ar putea proveni accidental de la unele erori de montaj sau datorită flambajului în cazul unor supraâncărcări accidentale.

În figurile III.37 și III.38 sunt prezentate: șurubul , piulița șurubului cu bile , cât și forțele ce apar la antrenarea șurubului cu bile.

Fig.III.37.Forțele ce apar la antrenarea șurubului cu bile

Fig.III.38.Șurubul cu bile și piulița

Lagărul dinspre păpușa fixă este mai puternic încărcat de forța de avans , din acest motiv el este prevăzut cu un pachet de 3 rulmenți radiali axiali (8) pentru a-i asigura o durabilitate corespunzătoare.

Lagărul este pretensionat pentru scoaterea completă a jocurilor cu ajutorul șaibei de reglaj (5), pentru inelele exterioare ale rulmenților și cu ajutorul piuliței elastice (2) pentru inelele interioare. Șurubul (1) din piulița elastică (2) are rolul de a deforma piulița în sens axial blocând-o astfel pe spiralele filetului și asigurând menținerea strângerii și a pretensionării lagărului șurubului cu bile.

Pachetul de rulmenți este susținut de distanțiere (6). Aceeași soluție de pretensionare este folosită și la lagărul din spate al șurubului cu bile. Lagărul este etanșat pe ambele părți cu manșete de rotație (simeringuri) (13) montate în capac (4) în partea din stânga și în corpul lagărului în partea din dreapta.

Pachetul inelelor exterioare ale rulmenților este fixat între umărul lagărului și capacul lagărului (4) strâns în corpul lagărului cu șuruburile cu corp cilindric și locaș hexagonal (20).Șaiba de reglaj (5) are o grosime astfel calculată încât să realizeze închiderea fără joc a lanțului de dimensiuni a inelelor exterioare ale rulmenților.

Piulițele elastice cu sistem de blocare sunt montate la extremitățile șurubului cu bile și au rol de a realiza pretensionarea șurubului cu bile între lagăre : pentru a asigura o mai bună stabilitate acestuia la viteze mari de rotație ; pentru a-i îmbunătăți precizia cinematică de transmitere a mișcării de avans ; pentru o redistribuire cât mai echilibrată a eforturilor axiale pe cele două lagăre.

Pretensionarea șurubului cu bile se realizează cu ajutorul cheilor dinamometrice și cu măsurarea deformației axiale a acesteia cu ajutorul comparatorului cu precizie de microni. Atingerea unei anumite valori a deformației axiale asigură realizarea forței de pretensionare axială recomandată de producătorul șurubului cu bile .

Această operație se realizează la montaj sau periodic cu ocazia reparațiilor capitale ale MU. Lagărul dinspre capătul batiului este mai puțin încărcat și de aceea el are numai o pereche de rulmenți radiali axiali cu montaj în “” .

Soluția de etanșare, de ungere, de scoatere a jocului și de pretensinare este aceeași ca și la lagărul din față . Piulița șurubului cu bile are rolul de a transforma mișcarea de rotație a șurubului cu bile în mișcare de translație a saniei longitudinale de-a lungul ghidajelor batiului.

Piulița este montată în corpul saniei longitudinale cu ajutorul unor șuruburi (20): M620 , 6 bucăți.

Momentul rezistent de rotație al piuliței este preluat de pana (33) care asigură piulița contra rotației în corpul saniei longitudinale. Piulița este formată din două semipiulițe; fiecare semipiuliță are circuitul propriu de bile și piese cu canal de recirculare al bilelor.

Fiecare semipiuliță are câte un inel de etanșare din cauciuc care șterge filetul de impurități și de praf înainte ca acesta să ajungă în contact cu corpurile de rulare. Inelul de etanșare este asigurat contra rotației cu știfturi filetate.

Între cele două piulițe se află montat un inel cu o grosime precalculată care are rolul de a scoate jocul dintre piuliță, corpuri de rulare și șuruburi cu bile și de a crea o pretensionare a piuliței pe șurubul cu bile.

Inelul intermediar este prevăzut cu o gaură de ungere prin care unsoarea consistentă poate ajunge chiar în mijlocul piuliței realizând astfel ungerea corespunzătoare a acesteia, pentru rigidizarea piuliței în corpul saniei longitudinale aceasta este prinsă de corpul saniei cu șuruburi din ambele părți.

În partea dreapta (de unde se transmite forța de avans) corpul piuliței este prins cu șuruburi direct în corpul saniei. În partea stânga este montat un capac 34 cu un inel compensator 11, cu ajutorul șuruburilor 20.

Acest capac trebuie să reziste la forța de avans longitudinal în cazul prelucrărilor de la stânga spre dreapta. Viteza de mișcare în avans rapid longitudinal este limitată de turația critică a șurubului cu bile, la care apar vibrații cu amplitudini mari ale șurubului cu bile.

III.4.2.2. Lanțul cinematic pentru realizarea mișcării de avans transversal , axa X

Mișcarea de avans transversal este realizată de sania transversală prin deplasarea pe ghidajele transversale ale saniei longitudinale perpendiculare pe axa arborelui principal în planul de lucru al mașinii.

Mișcarea de avans transversal se realizează pe axa X a MU conform unui sistem de referință rectangular ales convențional pentru strunguri .Lanțul cinematic de avans transversal este amplasat pe sania longitudinală și transportat în mișcare longitudinală de acesta .

Lanțul cinematic transversal are rolul de a transmite saniei transversale (cu portcuțit pe ea) mișcarea de avans transversal (de pătrundere) cu vitezele și pe distanțele impuse de programul comenzii numerice în condițiile de precizie a prelucrării prin așchiere care trebuie efectuate.

Lanțul cinematic de avans transversal este compus din:

-servomotorul de avans SFP 1,3 ;

-reductorul cu curea lată dințată ; R=1,6666;

-traductorul de rotație IGR cu articulația homocinetică și cepul filetat al șurubului cu bile;

-șurubul cu bile cu lagăre ;

-piulița șurubului cu bile;

-sania transversală.

Comanda numerică preia informațiile de deplasare de la traductorul de rotație (axa X) montat pe capacul șurubului cu bile transversal, compară valorile reale cu valorile cerute din program și transmite comenzi de deplasare și comenzi de comutare la servomotorul de avans SFP, servomotor fără perii SFP 1,3 ,fără frână înglobată , pentru turația acționat prin variatorul VAMS 4,7 .

Momentul de rotație al motorului de avans este amplificat de 1,66 ori de reductorul cu curea lată dințată cu raportul de transmitere i =0,6. În același timp viteza de rotație a șurubului cu bile este de 1,66 ori mai mică decât cea a motorului de avans . Forța de avans transversal este mai mică decât forța de avans longitudinal , de aceea motorul de avans are o putere mai mică și un moment la arborele de ieșire mai mic.

Spațiul redus, cursa scurtă de avans transversal nu permite viteze de avans rapid prea mari, de aceea și turația motorului de avans transversal este ceva mai redusă față de motorul de avans longitudinal.

Forța de avans transversal mai mică determină și un diametru mai mic al șurubului cu bile transversal ( 205) față de șurubul cu bile longitudinal ( 255) . Roțile de curea sincronă sunt centrate cu precizie pe axele lor de rotație pentru a nu introduce erori de deplasare.

Roata cu z = 24 dinți este montată direct pe axul motorului de avans printr-un ajustaj alunecător pentru a asigura o centrare precisă.

Roata (3) cu z = 40 dinți este montată pe șurubul cu bile , centrarea precisă a acesteia este asigurată cu pene interioare și exterioare.

În capătul șurubului cu bile se află montat cepul traductorului de rotație cu suprafața de așezare conică pentru centrare cât mai precisă a acestuia în axul șurbului cu bile chiar în gaura conică de centrare care a folosit la prelucrarea între vârfuri a șurubului cu bile.

Capătul șurubului cu bile fiind subțire a fost necesară lăgăruirea suplimentară a acestuia cu rulmentul radial cu bile pe un rând 6201 (10) pentru a prelua forța transmisă de cureaua sincronă și de a menține rigiditatea axului de capăt al șurubului cu bile.

Pe cep este montată articulația homocinetică a traductorului cu element elastic cu rolul de a prelua eventualele erori de coaxialitate și de a amortiza vibrațiile cu frecvențe mari și amplitudini mici ce apar inevitabil în procesul de prelucrare prin așchiere . Articulația homocinetică cu element elastic transmite mișcarea de rotație la axul traductorului de rotație (axa X ) .

Pentru a impiedica eventualele deplasări ale axelor în ajustajele alunecătoare, articulația homocinetică este blocată pe axul traductorului și al șurubului cu bile cu știfturi filetate. Șurubul cu bile are două lagăre de ungere cu unsoare consistentă . La capătul dinspre față a saniei transversale, șurubul cu bile are un cap pătrat pentru cheie care servește la acționarea manuală a acesteia.

Lagărul din spate a șurubului cu bile transversal este realizat cu ajutorul a doi rulmenți radiali axiali cu bile (9) 7203 montați în “X”, având clasa de precizie P5.

Soluția de montare în “X” a rulmenților permite ușoare deformări elastice ale șurubului cu bile, care se datorează unor eventuale erori de poziție ale piuliței.

Lagărul din față mai puțin solicitat , este realizat cu ajutorul unui singur rulment radial cu bile pe un rând (17) 6302 , cu precizie normală etanșat pe ambele părți.

Acest lagăr este uns cu unsoare consistentă. Acest rulment preia numai sarcini radiale . Șurubul cu bile transversal nu este pretensinat axial între lagăre. Lagărul din spate cu doi rulmenți radiali axiali cu bile preia întreaga încărcare axială a șurubului cu bile în ambele sensuri, precum și încărcări radiale.

Lagărul din spate este pretensionat pentru scoaterea completă a jocurilor din pachetul de rulmenți cu ajutorul șaibei de reglaj (20), pentru inelele exterioare ale rulmenților și cu ajutorul piuliței elastice (4) pentru inelele interioare.

Șurubul din piulița elastică (4) are rolul de a deforma piulița în sens axial , blocând-o astfel pe spirele filetului și asigurând menținerea strângerii și a pretensionării lagărului șurubului cu bile. Pachetul format de inelele interioare ale rulmenților este susținut de distanțierul (8) și umărul șurubului cu bile .

Lagărul este etanșat pe ambele părți cu manșete de rotație (11) montate în capac (7) în partea din spate și în corpul paharului lagărului (10), în partea din față. Pachetul inelelor exterioare ale rulmenților ale lagărului din spate este fixat între umărul paharului lagărului (10) și capacul lagărului (7), strâns în corpul lagărului cu șuruburile cu cap cilindric și locaș hexagonal (19).

Șaiba de reglaj (20) de grosime aproximativ 1 mm are grosimea astfel calculată încât să realizeze închiderea fără joc a lanțului de dimensiuni al inelelor exterioare ale rulmenților.

Gabaritul mic al saniei longitudinale și lungimea relativ scurtă a șurubului cu bile transversal au împiedicat realizarea unui sistem de pretensionare axială. Piulița șurubului cu bile transversal are rolul de a transforma mișcarea de rotație a șurubului în mișcare de translație a saniei transversale de-a lungul ghidajelor saniei longitudinale .

Piulița este montată în corpul saniei transversale cu ajutorul gulerului piuliței prins cu șuruburi (15), care preia forța de avans transversal în cazul avansului de pătrundere pentru strunjirea interioară.

Forța de pătrundere în cazul strunjirii exterioare este preluată de piulița șurubului cu bile; prin gulerul piuliței se asigură astfel rigiditatea necesară obținerii unei precizii corespunzătoare de prelucrare .

Momentul rezistent de rotație al piuliței este preluat de pana paralelă (21), care împiedică rotația piuliței în corpul saniei transversale și asigură poziția corectă fără jocuri a acesteia .

Piulița este formată din două semipiulițe. Fiecare semipiuliță are circuitul propriu de bile și piese cu canal de recirculare al bilelor proprii. Fiecare semipiuliță are câte un inel de etanșare din cauciuc care șterge filetul de impurități și praf.

Inelul de etanșare este asigurat contra rotației cu ajutorul știfturilor filetate cu vârf conic. Piulița șurubului cu bile transversal are două circuite de bile și aceeași lungime ca și piulița șurubului cu bile longitudinal pentru a asigura o rigiditate bună și a îmbunătăți calitatea suprafeței prelucrate prin prevenirea apariției vibrațiilor .

Între cele două semipiulițe se află montat un inel cu grosimea precalculată cu rol de a scoate jocul dintre semipiulițe, corpurile de rulare și șurubul cu bile pentru mărirea preciziei de mișcare a acesteia.

Inelul intermediar este prevăzut cu o gaură de ungere prin care unsoarea consistentă poate ajunge chiar în mijlocul piuliței, asigurând ungerea.Din analiza celor două lanțuri cinematice se pot trage următoarele concluzii:

-compunerea generală a lanțului cinematic de avans este asemănătoare, atât pentru mișcarea de avans longitudinal cât și pentru mișcarea de avans transversal;

-lanțurile cinematice de avans sunt dimensionate în funcție de mărimea forțelor de avans pe care trebuie să le învingă în condițiile păstrării rigidității și a preciziei de mișcare a elementului de acționare;

-lungimea pe care se realizează mișcarea de avans influențează direct soluția constructivă a lanțului cinematic și a componentelor acesteia.

Principalii parametrii ce caracterizează precizia mișcării transmise de un șurub cu bile sunt reprezentați în figura III.39.

Randamentul ridicat de transmitere al mișcării (0,85-0,90) prin șuruburile cu bile comparativ cu cel al șuruburilor clasice cu filet trapezoidal, asigură o reducere a consumului de energie și determină utilizarea unor motoare de putere redusă datorită unor coeficienți de frecare = 0,01-0,002 pentru șuruburile cu bile cu un sigur început față de = 0,1-0,3 în cazul șuruburilor cu filet.

În construcția subansamblului se pot utiliza șuruburi cu bile cu o singură piuliță în vederea obținerii în principal al unui randament sporit în transmiterea mișcării și șuruburi cu bile cu două semipiulițe pentru asigurarea unor mișcări de mare precizie și rigiditate sporită.

Șurubul se obține din oțel carbon OLC 55 care după tratamentul termic aplicat prin curenți de înaltă frecvență, atinge duritatea de 58-62 HRC, iar piulițele și bilele se execută din oțel de rulmenți RUL 1 și RUL 2 având o duritate de 61-63 HRC.

Întregul subansamblu poate fi utilizat în condiții de maximă eficiență în limita de temperatură cuprinsă între –60 și +150 C, practicându-se întreținerea prescrisă de fabricant.

Ansamblul șurub cu bile are o durată de exploatare cuprinsă între 20.000-40.000 de ore de funcționare efectivă. Turația maximă admisă se stabilește în funcție de tipodimensiunea șurubului, distanța dintre lagăre și tipul lăgăruirii.

Turația maximă admisă , în care 0,8 este un coeficient de siguranță, iar este turația critică, care se determină în funcție de diametrul și lungimea L a șuruburilor cu bile între cele două lagăre, înmulțind valoarea turației cu coeficientul , prin care se ține seama de tipul lăgăruirii.

Pentru a mări domeniul de utilizare a șuruburilor cu bile acestea se execută în cinci clase de precizie: 0,1,2,3,4. La piulița șurubului cu bile scoaterea jocului se realizează printr-un inel intermediar amplasat între cele două semipiulițe.

Acest inel poate fi rectificat la o cotă precalculată D, pentru a realiza o pretensionare corespunzătoare a șurubului cu bile, necesară încadrării în clasa de precizie impusă, cu scoaterea totală a jocului .

Fig. III.39. Șurub cu bile.

În figura III.40 sunt prezentate diferite profile ale piuliței.

Fig.III.40. Profile diferite ale piuliței.

III.5.Elemente constructive ale MU-CN

Batiuri

Precizia de formă a pieselor executate pe MU-CN depinde de menținerea pe toată durata ciclului de execuție, a poziției reciproce dintre ansamblurile fixe și cele mobile, poziție ce trebuie menținută constantă în timp. Acest fapt cere menținerea pozițiilor relative dintre bazele de fixare și cele de ghidare în timpul funcționării, fapt ce depinde esențial de forma constructivă a batiului.

Pentru a satisface această cerință se impune batiului o rigiditate statică și dinamică cât mai mare pentru a putea elimina sau a îndepărta într-o măsură cât mai mare deformațiile elastice care apar în timpul prelucrării pieselor datorită greutății piesei prelucrate, forțelor de așchiere, a temperaturii și a vibrațiilor care apar în proces.

Prin proiectare trebuie să se asigure respectarea următoarelor calități: rigiditate și frecvență de rezonanță mare. Aceste calități, se știe că sunt însă de natură contradictorie. Rigiditatea presupune un corp masiv, greu, în timp ce o frecvență de rezonanță ridicată este asociată unui corp suplu. În ajutorul proiectanților au venit softurile pentru calculul elementului finit, care sunt foarte precise și pot fi folosite cu încredere la dimensionarea diferitelor elemente.

Compromisul între cele două aspecte ale proiectării și-a găsit rezolvarea prin realizarea unor batiuri relativ suple, dar puternic nervurate, fabricate din fontă. (fig.III.41 )

Figura III.41. Batiul MUCN puternic nervurate

Batiul este construit din fontă meganitică, cu nervuri în interior amplasate astfel încât să asigure stabilitate maximă în procesul de prelucrare.(fig.III.42)

Fonta gri folosită la turnarea batiului asigură o excelentă atenuare a vibrațiilor în prelucrări grele în comparație cu batiurile construite din oțel.

Procesul meganitic implică o serie de tratamente termice și căliri înainte de a fi lăsată să îmbătrânească pentru a asigura o bună omogenizare a tensiunilor apărute în procesul de prelucrare.

Figura III.42.Batiu din fontă meganitică

Toate aceste caracteristici duc la sporirea stabilității în exploatare și previn orice răsucire sau distorsiune.

10

B.Ghidajele

Deoarece frecarea are repercusiuni nefaste asupra preciziei de prelucrare s-au eliminat din construcția mașinii – unelte ghidajele clasice construite din cuple de mișcare de tipul metal pe metal. În locul lor s-au introdus ghidajele cu elemente intermediare (cu bile sau role), denumite și tanchete cu bile (role) și cele hidrostatice.(fig.III.43 – III.46)

Realizarea mișcărilor de avans și a celor de poziționare fără erori, cerință impusă cu mai multă strictețe mașinilor – unelte cu comandă numerică, determină folosirea pentru ansamblele deplasabile a ghidajelor cu elemente intermediare sau cu sustentație hidrostatică.

Folosirea elementelor intermediare la ghidaje are următoarele avantaje ca urmare a înlocuirii frecării de alunecare cu frecarea de rulare:

• micșorează uzura și ca urmare mărește durabilitatea;

• asigură portanță mai mare pe unitatea de lungime;

• asigură uniformitatea mișcării la viteze mici, lucru foarte important, mai ales pentru lanțurile cinematice de avans;

• reduce puterea consumată pentru acționare;

• determină o poziție precisă elementului mobil datorită lipsei fenomenului de "plutire" pe stratul de lubrifiant.(fig.III.47)

Figura III.43. Ghidaj cu bile folosit în construcția MU-CN

Figura III.45.Ghidaje cu role

Figura III.46. Ghidaje cu elemente intermediare cu reântoarcerea corpurilor de rulare

Figura III.47. Ghidaj de precizie înaltă, plan, ce poate elimina jocurile și prelua sarcini mari pe orice direcție, respectiv sarcini de torsiune mari, cu sistem de ungere automat

C.Sistemul de antrenare

La baza proiectării acestor sisteme trebuie luate în considerare, în special, aspectele legate de robustețe și de jocurile dintre diferitele părți componente. Pentru deplasări mici (sub 1-2m) s-au impus șuruburile cu bile (fig.III.48)și șuruburile cu sustentație hidrostatică. Pentru deplasări mai mari (peste 4m), în locul șuruburilor se utilizează cremalierele (fig.III.49).

Utilizarea comenzii numerice a impus reconsiderarea concepției de proiectare, în afară de subansamblurile deja menționate, și în ceea ce privește sculele și implicit dispozitivele de fixare și poziționare a pieselor.

Figura III.49. Cremaliere și pinioane utilizate în construcția MU-CN

=== Cap.5 ===

V.ÎNLĂTURAREA JOCURILOR ÎN MECANISMELE
MAȘINILOR-UNELTE

Siguranța în funcționare și precizia majorității mecanismelor mașinilor-unelte depind în măsură însemnată de jocurile în cuplaje, suport de transmisii, ghidaje, lagăre.

În mod frecvent jocurile influențează negativ indicatorii de exploatare, din acest motiv constructorii sunt preocupați permanent de căutarea unor soluții eficiente care înlătură total sau cel puțin parțial jocurile.

Pentru mașini unelte cu comandă numerică, aceasta problemă este deosebit de actuală, întrucât exercită influență, de asemenea asupra funcționării sistemului de acționare, sistemului de comandă.

Trebuie să remarcăm în mod deosebit așa numitele jocuri elastice care apar ca rezultat al deformării elementelor mașinii unelte (în particular a ghidajelor) la schimbarea sensului de mers al mișcării.

Jocurile elastice depind de rigiditatea cuplării, de forțele de frecare, de distanța de la ghidaje până la locul măsurării.

La baza soluțiilor pentru înlăturarea jocurilor sunt: utilizarea unor serii de efecte fizico-tehnice, dintre care cele mai răspândite sunt reprezentate în tabelul V.1.

Mai frecvent se utilizează: proprietățile elastice ale materialului, deplasările relative ale elementelor, efectul de pană.

Cuplajul din schema I.1 (tab.V.1.) este bazat pe deformarea unei bucșe silfonice 1 (a se vedea liniile de hașură), care asigură atât transmiterea momentului, cât și o centrare precisă a roții dințate 2.

În schemele I.2 și I.4 jocul în angrenajele transmisiilor cilindrice și corespunzător melcate, se înlătură ca rezultat al apropierii radiale al roților-pereche I.2 sau al melcului față de roata melcată I.4.

În această situație, datorită unei tendințe de cedare, apare o majorare artificială a distanței dintre elemente, în sens radial, rigiditatea transmisiei fiind scăzută.

Compensarea jocului în transmisiile șurub – piuliță (I.3) și în ghidajul de rostogolire (I.5) se face cu ajutorul resortului 1. Serajul într-un rulment cu role cilindrice pe două rânduri (l.6) se reglează deformând inelul interior 1 prin deplasarea lui axială pe fusul conic 2 Schemele II.1-II.6 ilustrează înlăturarea jocului prin deplasarea relativă sau rotirea pieselor 1 și 2. Astfel de cuplaje de regulă se caracterizează printr-o rigiditate înaltă.

Tab.V.1 Scheme ale înlăturării jocurilor

În schema II.1 este utilizată rotirea relativă a pieselor 1 și 2 a ansamblului butuc al roții melcate; în schema II.2 deplasarea relativă tangențială (distanțarea) a coroanelor dințate 1 și 2, se realizează cu ajutorul șurubului 4 care interacționează cu știftul 3 și cu suprafața frontală a canelurii 5 , executată sub forma de coroană 1.

Deplasarea axială a arborilor melc 1 și 2 în transmisia melc-cremalieră (II.3) și a melcului 2 (II.5), din angrenajul melcat, se realizează cu ajutorul unui cilindru hidraulic sau al unui resort.

Serajul în ghidajele de rostogolire (II.6) se realizează prin rotirea excentricului 2 (e-excentricitate), iar în lagărele radial-axiale (ll.6) prin apropierea inelelor 1 și 2, prin comprimarea elementului elastic 3.

În cazul situațiilor prezentate în fig. III.1-III.6 pentru înlăturarea (micșorarea) jocurilor sunt utilizate proprietățile îmbinărilor conice sau prin pană.

În transmisiile cu șurub ale acționărilor de avans (III.3), jocul se compensează prin rotirea semipiulițelor 1 și 2. Jocul într-o transmisie melcată (III.4), crește periodic în urma uzurii roții melcate 1 și se scade prin deplasarea axială (a se vedea săgeata), a melcului 2.

Compensarea jocului în ghidajele de rostogolire cu role (III.5) se realizează prin deplasarea axială a suportului 1 fixat pe pana 2, care are o suprafață de forma conică. În această situație are loc de asemenea, autopoziționarea suportului 1.

Serajul constant într-un rulment cu role conice (lIl.6) se asigură printr-o solicitare axială a rolelor prin bucșa 1, asigurând admisia uleiului sub presiunea constantă în incinta 2.

În suporți și transmisiile hidrostatice închise (IV.1-IV.6), jocurile se înlătură datorită însăși principiilor de funcționare, când uleiul sub presiune pătrunde în buzunarele opuse 1 și 2 și umple jocul între suprafețele de lucru.

Efectuarea ungerii hidrostatice se folosește, de exemplu, în ghidajele arborelui principal 3 (IV.1) la danturarea cu cuțit roată, ghidaje destinate pentru realizarea mișcării de dute – vino și la transmisia hidrostatică melc-cremalieră (IV.3), cu buzunare pe cremalieră, folosite la mașini – unelte grele, la o lungime mare de deplasare.

Realizarea ungerii hidrostatice într-o transmisie melcată (IV.4), este posibilă numai în cazul profilelor speciale ale roții și melcului (de exemplu, în transmisiile globoidale), care asigură un joc mic și destul de constant în zona de angrenare, care joacă rol de etanșare.

Compensarea jocurilor garantează o precizie înaltă a deplasării subansamblelor (IV.5), inclusiv la schimbarea sensului de mers, un grad de ermetizare ridicat și precizia dimensională a subansamblelor arborelui principal (IV.6).

În schemele (V.1-V.6) pentru lichidarea jocurilor se utilizează diverse efecte. Prin utilizarea masei plastice autosolidificabile, injectate în îmbinarea cu caneluri, se înlătură jocurile laterale (V.1).

Pentru realizarea unui seraj inițial, la angrenarea roților dințate (V.2), se folosește alunecarea relativă a roților 1 și 2, numărul de dinți ale cărora diferă cu o unitate (z și z+1). Ambele se găsesc în angrenare cu roata 3, iar roata 2, întotdeauna în urmă față de 1 și se strânge spre partea opusă a profilului dintelui roții 3.

Efortul cu care se compensează jocul, se reglează prin resortul 4, în transmisia prin șurub (V.3), sunt utilizate proprietăți magnetice: mișcarea de rotire de la șurubul 1 Ia piulița 3 se transmite fără contact, datorită interacțiunii câmpurilor magnetice care apar în spirele înfășurărilor 2 a șurubului și piuliței.

Transmiterea mișcării se realizează în ambele sensuri fără jocuri (la schimbarea sensului poate să apară un joc elastic, mărimea căruia depinde de proprietățile magnetice ale transmisiei).

În construcția transmisiei melcate (V.4), variind momentul frânei 1 cuplate cu dinții înclinați 2, este posibilă reglarea efortului axial cu ajutorul căruia are loc compensarea jocului.

În schema (V.5), jocul în ghidajul în forma de V, la uzura lui, se înlătură automat sub acțiunea greutății ansamblului. Reglarea automată a serajului în rulment la încălzirea lui (fig.V.6), se realizează datorită utilizării materialului inelului 1 cu un coeficient ridicat de dilatare liniară (ebonită). Prin încălzirea inelului, lățimea lui I se mărește, iar serajul se micșorează

Schemele de înlăturare a jocului și crearea unei pretensionări în transmisiile cu șurub ale acționării de avans, sunt indicate în figura V.7. Aceasta se realizează la apropierea axială (drept rezultat al compensării suplimentare al elementului 2) a semipiulițelor 1 și 3 (fig.V.7.a) sau la rotirea relativă a semipiulițelor (fig.V.7.).

Astfel în schema prezentată în fig.V.7.b, montajul precis al ajustajului se asigură prin rotirea în același sens al semipiulițelor 1 și 2, numărul de dinți diferă cu o valoare mică (de exemplu z și z+1).

La rotirea semipiulițelor cu un dinte, valoarea tensionării axiale este egală cu: = (1/z-1/z+1)P, unde P este pasul filetului.

Fig.V.7. Înlăturarea jocurilor în transmisiile cu șurub cu bile

În schema din figuraV.7.c, rotirea relativă a semipiuliței 1 și a carcasei 2 în care este instalată a doua piuliță, se realizează cu ajutorul elementului 3 și 4.

Micșorarea jocului în transmisia șurub piuliță de alunecare (figura V.7.d) se realizează drept rezultat al deplasării axiale a semipiulitei 1, cu ajutorul șurubului 2.

=== Cap4 ===

IV.PROIECTAREA ACȚIONĂRII DE AVANS

Momentul de torsiune

Se calculează cu formula:

Mt = 9550 * ( P / n ) *

unde notațiile sunt:

Mt – Moment de torsiune, Nm

P – Puterea kW

n – Turația min -1

– Randamentul

Mt = 9550*6/1000*1 = 57.3 Nm

În cazurile teoretice valoarea randamentului este egală cu 1.

Calculul forțelor de așchiere

Acest calcul se face având la bază cele specificate în [ 9 ]. Parametrii de așchiere sunt:

turația = 500 min -1; adâncimea de așchiere = 7 mm; avansul = 0,25 mm / rot.

Având aceste valori se pot calcula valorile componentelor forței de așchiere cu formulele:

[ daN ]

[ daN ]

[ daN ]

Înlocuind valorile specificate mai sus, vom obține:

Fx calculat = 1210.77N

Fy calculat = 1224.03N

Fz calculat = 2333.47N

Valoarea calculată a forței de așchiere este:

F calculat = ( Fx calculat 2 + Fy calculat 2 + Fz calculat 2 ) 1 / 2

Înlocuind valorile obținem:

F calculat = 2899.87N

Calculul forței necesare deplasării saniei longitudinale

Conform 3 pag. 84 tab. 1 – 12 formula de calcul a acestei forțe este:

Q = * ( Fz + Fy + Gs ) + K * Fx N

unde notațiile sunt:

Q – forța necesară deplasării

Fx , Fy, Fz – componentele forței de așchiere

G – greutatea subansamblurilor care sunt deplasate, se aproximează G = 3000 N

K – constantă K = 1,1

– coeficient de frecare = 0,15

Înlocuind valorile se obține:

Q = 0.15 * (1224.03+2333.47+3000)+1.1*1210.77 N

Q = 2315.47 N

Calculul și verificarea diametrului șurubului conducător

Din condițiile de rezistență, valoarea diametrului șurubului de acționare, se calculează cu relația:

Mt = Q * ( d / 2 ) * 10 -3

unde notațiile sunt :

Mt – moment de torsiune N m

d – diametrul șurubului de acționare mm

Cunoscând valoarea momentului de torsiune al motorului electric de acționare se poate calcula valoarea diametrului șurubului conducător.

d = 49.49 mm

Șurubul conducător cu bile ales din motive constructive este :

diametrul exterior 50 mm

pasul 5 mm

Verificarea șurubului conducător din condițiile de flambaj se face conform celor prescrise în 8 pag.231. Momentul de inerție al șurubului se calculează cu relația:

I = ( Q * l2 * K ) / ( E * Cr ) cm4

unde notațiile sunt:

I moment de inerție cm4

Q forța de tracțiune daN

l lungimea șurubului conducător cm

E modul de elasticitate daN / cm2

K coeficient de stabilitate K = 3

Cr coeficient care caracterizează rezemarea în lagăre Cr = 2 * 2

Înlocuind valorile calculate anterior rezultă:

I = (2315.47*802*3)/(2.1*105*2*3.14)

I = 10.72 cm4

Diametrul șurubului conducător se calculează

d = ( 64 * I / )1/4 cm

Înlocuind valorile calculate, rezultă

d = 3.844cm = 38.44 mm

Având în vedere că aceste calcule sunt calcule preliminare, valorile forțelor de așchiere sunt alese către valori mai mari decât cele normal folosite în procesul de așchiere rezultă că cele specificate mai sus referitor la alegerea diametrului și pasului șurubului conducător sunt corecte și se pot accepta acestea.

Calculul momentelor pentru alegerea motoarelor de avans

Acest calcul s-a făcut având în vedere cele specificate în 16 .

Momentul de frecare, datorat forțelor exterioare

daN*cm .

unde notațiile sunt:

Tp = moment de frecare, datorat forțelor exterioare

Fa = forțele exterioare daN .

l = pasul șurubului conducător cm .

= randamentul transmisiei șurub cu bile, sănii

Fz/x = componenta forței de așchiere pe axa în cauză daN .

= coeficient de frecare al supraf. de alunecare sănii

W = greutatea săniilor și portcuțitelor daN .

l = 5 mm = 0,5 cm

= 0,9

Fz = 233.34 daN

= 0,02

W = 300 daN

Fa = F + * W =233.34 + 0,02 * 300 = 239.347 daN

daNcm

Tp = 21.16 daNcm

Moment de frecare, datorat pretensionării

Acest moment se calculează funcție de forța de pretensionare totală din rulmenți și piulița șurubului cu bile.

daN*cm .

unde notațiile sunt:

TD = moment de frecare, datorat pretensionării

K = coeficient datorat pretensionării

Fao = forța de pretensionare totală din rulmenți și piulița șurubului cu bile. daN .

l = pasul șurubului conducător cm .

k = 0,2

Fao = 200 daN

l = 0,5 cm

daNcm

TD =3.18 daNcm

Moment de frecare datorat accelerației

La calculul acestui moment se țin cont de momentele de inerție ale pieselor în mișcare. Formula de calcul a acestui moment este:

daN*cm .

unde notațiile sunt:

TJ = moment de frecare datorat accelerației daN*cm .

JM = moment de inerție total daNcmsec2 .

n = turația elementului în mișcare rot / min .

t = timpul de accelerare sec .

Notă :

10 daNcmsec2 = 1 kgm2

Momentul de inerție total se calculează cu relația:

daNcmsec2 .

unde notațiile sunt:

J1 = moment de inerție al motorului electric de acționare ( din catalogul firmei producătoare )

J2 = moment de inerție cuplaj de legătură șurub cu bile motor electric ( din catalogul firmei producătoare )

J3 = moment de inerție șurub cu bile ( din catalogul firmei producătoare )

W = greutatea săniilor și portcuțitelor

g = accelerația gravitațională

l = pasul șurubului cu bile

daNcmsec2 .

= greutatea specifică a materialului șurubului conducător daN/cm3 .

L = lungimea șurubului conducător cm .

d = diametrul șurubului conducător cm .

g = accelerația gravitațională cm/sec2 .

În urma calculelor se cere condiția:

TM = ( Tp + TD ) + TJ

și

TM TstME

unde:

TstME momentul de torsiune staționar al motorului electric

J1 = 2,9 * 10-3 kgm2 = 2,9 * 10-4 daNcmsec2

J2 = 0,8 * 10-3 kgm2 = 0,8 * 10-4 daNcmsec2

g = 980 cm/sec2

L=477mm=47.7cm

d = 50 mm = 5 cm

= 7,85 * 10-3 daN/cm3

J3 = ( * 7,85 * 10-3 * 47.7 * 54 ) / ( 32 * 980 ) = 0,023 daNcmsec2

JM = 2,9 * 10-4 + 0,8 * 10-4 +0.023 + ( 3000 / 980 ) / ( 1 / 2 * ) daNcmsec2

JM = 1.97 daNcmsec2

În cazul deplasării cu avans rapid cu viteza v = 10 m/min, rezultă:

TJ ar = 1.97 * ( 2 * * 70 ) / ( 60 * 0,15 ) = 96.27 daNcm

TJ ar = 96.27 daNcm

În cazul deplasării în avans de lucru cu turația minimă n = 10 rot/min., rezultă:

TJ al = 1.97 * ( 2 * * 10 ) / ( 60 * 0,15 ) = 13.75 daNcm

TJ al = 13.75 daNcm

Momentul de torsiune total se calculează în două variante:

acționează forțele de așchiere, strungul lucrează cu turația minimă

nu acționează forțele de așchiere, strungul se deplasează în avans rapid.

În primul caz, valoarea momentului de torsiune total este:

TM = 21.16+3.18+96.27 = 120.61 daNcm

TM = 120.61 daNcm = 12.061 Nm

În al doilea caz, valoarea momentului de torsiune total este:

TM = 21.16+3.18+13.75 = 38.09 daNcm

TM = 38.09 daNcm = 3.809 Nm

În continuare se consideră valoarea mai mare, din cele două valori calculate.

Alegerea motorului de avans axa Z

Conform cărții tehnice a mașinii se alege motorul pentru realizarea mișcărilor de avans, astfel :

generator fără perii fără frână înglobată cu cutie de borne laterală bobinată pentru mmax= 3500min-1, acționat prin variator

Calculul șurubului cu bile pentru axa Z

Acest calcul s-a realizat cu ajutorul programului de dimensionare a șurubului cu bile, program realizat de către firma Rexroth Bosch Group [11].

Pentru a se putea face dimensionarea șurubului cu ajutorul acestui program trebuie să se stabilească în prealabil câteva detalii:

1.Tipul mașinii – unelte

2.Stabilirea regimului de așchiere

3.Calculul forțelor de așchiere

4.Calculul forței necesare deplasării saniei longitudinale

5.Calculul diametrului șurubului conducător

6.Calculul momentelor pentru alegerea motoarelor de avans

7.Alegerea motorului de avans

Programul  de calcul presupune introducerea datelor numerice în pictogramele următoare :

a)Se introduc(fig.IV.1.):

– ore de funcționare mașină – unealtă Lh [h]

– ore de funcționare ale ansamblului cu șurub cu bila (procentual) EDKGT [%]

– greutatea sistemului (sanie + portcuțit) ms [kg]

– pasul șurubului P [mm]

– lungimea șurubului între lagăre (porțiunea filetata) L1 [mm]

– coeficient de siguranță S

– varianta de lăgăruire

Figura IV.1.Pasul 1

b)Se introduc(fig.IV.2 , 3 și 4):

– forța necesară deplasării saniei FP [N]

– turația [1/min]

– timpul de accelerare t [s]

Celelalte valori sunt calculate de program în mod automat. Se vor trasa grafice s,v,n,FP,FB,FG,F,a în funcție de t si s.

Figura IV.2.Pasul 2

Figura IV.3.Pasul 2

Figura IV.4.Pasul 2

c)Valorile numerice calculate automat conduc la posibilitatea alegerii tipului de piuliță (fig.IV.5.).

Figura IV.5.Pasul 3

Aceste valori numerice sunt calculate cu ajutorul următoarelor formule:

– Fm = forța de încărcare

Figura IV.6.Forța de încărcare

– Cerf = sarcina dinamica necesara

Figura IV.7.Sarcina dinamică necesară

– Perf = forța maximă de încărcare

Figura IV.8.Forțamaximă de încărcare

d)După alegerea tipului piuliței, programul oferă mai multe variante, funcție de valorile anterior obținute, pentru șurubul cu bile (fig.IV.9.).

Figura IV.9.Pasul 4

Ultimul pas este acela de Print.

Calculul șurubului cu bile pentru axa X

Programul presupune parcurgerea acelorași etape ca și la calculul șurubului pentru axa Z.

a)introducerea datelor generale (fig.IV.10.):

Figura IV.10.Pasul 1

b)introducerea caracteristicelor de bază (fig.IV.11.)

Funcție de acestea, programul calculează automat celelalte caracteristici.

Figura IV.11.Pasul 2

c)alegerea tipului de piuliță funcție de caracteristicile calculate automat de program (fig.IV.12.)

Figura IV.12.Pasul 3

d)alegerea șurubului corespunzător (fig.IV.13.)

Figura IV.13.Pasul 4

Calculul rulmenților din lăgăruire

Calculul forțelor care acționează în lagărul șurubului cu bile

În lagărul șurubului cu bile acționează trei forțe, și anume:

Forța necesară pretensionării șurubului cu bile

Forța maximă de deplasare a subansamblului sănii

Forța de prestrângere a rulmenților

Forța necesară pretensionării șurubului cu bile

Considerăm șurubul cu bile un fir. Forța de întindere se calculează în acest caz cu relația :

H = ( q * l2 ) / ( 8 * f ) daN

unde notațiile sunt:

H – forța de întindere daN

q – greutatea specifică daN / dm3

l – lungimea șurubului cu bile m

f – săgeata impusă m

Greutatea specifică se calculează cu relația:

q = * A daN / dm3

unde notațiile sunt:

– densitatea oțelului kg / dm3

A – aria secțiunii dm2

l = 0,477 m

f = 0,05 * 10-3 m

= 7,85 kg / dm3

A = 1569,3 * 10-6 dm2

q = 7.85*1569.3 * 10-6 daN / m3

q = 0,0123 daN / m3

H = (0,123 * 0,4772 ) / ( 8 * 0,05 * 10-3 ) daN

H = 7 daN

Calculul forței maxime de deplasare a subansamblului sănii

Q = 231.54 daN

Forța de prestrângere a rulmenților

Acest calcul se întocmește după 5.

QP = Fa / ( z * sin ) daN

unde notațiile sunt :

QP forța de pretensionare daN

Fa forța axială daN

z nr de bile din rulment

unghiul de înclinare a inelelor rulmentului

Forța axială se calculează cu relația :

Fa = 0,02 * Cr

unde notațiile sunt :

Cr sarcina radială dinamică de bază a rulmentului

z = 30

= 250

Cr = 28,4 kN

Fa = 0,02 * 28,4 kN

Fa = 568 N

QP = 568 / ( 30 * sin250 ) N

QP = 44,8 N = 4,5 daN

Calculul forței totale

Ft = Q + H +N * QP daN

unde notațiile sunt :

N numărul de rulmenți în lăgăruire

Ft = 231.54+7+2*4.5 daN

Ft = 247.54 daN

Verificarea rulmentului radial – axial

Considerând încărcarea pe un singur rulment, conf. 5 pag 142, rezultă:

PO CO / So

PO = XO * Fr + YO * Fa

se cere respectată condiția :

Ft PO

PO 24,4 * 103 / 2 Ft PO

PO = 1220 daN 247.54 1220

PO = XO * Fr + YO * Fa

Deoarece coeficienții XO și YO sunt subunitari, și faptul că este respectată condiția scrisă mai sus, rezultă că în lăgăruire se pot folosi perechi de câte doi rulmenți.

Verificarea capacității de încărcare a rulmenților

Acest calcul s – a făcut după 5, pag. 84 și 9.

Calculul forței de deplasare a saniei :

Q = ( X * cos + * Z ) / ( cos + * tg ( + )) daN .

unde notațiile sunt :

Q forța de deplasare a saniei

X = Fx componenta pe axa x a forței de așchiere

Z = Fz + W componenta pe axa z a forței de așchiere + greutatea

saniei

coeficientul de frecare

unghiul elicei șurubului cu bile

unghiul de frecare între piuliță și șurub cu bile

X = Fx = 121.077 daN

Z = Fz + W = 233.347+300=533.347 daN

= 0,12

= 3,64264720

= 20

Q = ( 121.077 * cos3,6426 + 0,12 * 533.347 ) / ( cos3,64 + 0,12 * tg 5,6426)daN]

Q = 183.03 daN

Calculul forței axiale totale ce acționează asupra șurubului cu bile

Fta = Q + H + QP daN

Fta = 183.03+7+4.5 daN

Fta = 194.53daN

Calculul forței radiale ce acționează asupra șurubului cu bile

Având valoarea momentului de torsiune transmis de motorul electric de avans rezultă

Fr = Mt / ( d / 2 ) daN

unde notațiile sunt:

Fr forța radială ce acționează asupra șurubului cu bile

Mt momentul de torsiune transmis de motorul electric de avans

d diametrul șurubului cu bile

Mt = 16,2 Nm

d = 50 mm

Fr = 16,2 * 102 /25 daN

Fr = 64.8 daN

Calculul sarcinii dinamice și statice echivalente

Conform 5 valorile acestor sarcini sunt :

P = 0,57 * Fr + 0,93 * Fa kN

PO = Fr + 0,52 * Fa kN

unde notațiile sunt cele prezentate anterior.

Se cere respectată condiția :

P Cr și PO Cor

unde notațiile sunt:

Cr și Cor capacitatea de încărcare statică și dinamică a rulmenților

. conform catalog rulmenți

P = 0,57 * 648 * 10-3 + 0,93 * 1945.3* 10-3 kN

PO = 648 * 10-3 + 0,52 * 1945.3 * 10-3 kN

P = 2.17 kN

PO = 1.65 kN

2.17 28,4 și 1.65 24,4

Condiția impusă este respectată.

Diagrama de forțe pe arborele principal

Reprezentarea schematică a încărcării arborelui principal este reprezentată astfel:

Fx

Fz W

Fr2 Fr1

600 400

Valorile forțelor radiale se calculează cu relațiile :

Fr1 = ( Pz + W ) * 1000 / 600 daN

Fr2 = ( Pz + W ) * 400 / 600 daN

Fr1 = ( 500 + 300 ) * 1000 / 600 daN

Fr2 = ( 500 + 300 ) * 400 / 600 daN

Fr1 = 1334 daN

Fr2 = 534 daN