Lucrare de d isertatie [612902]

Lucrare de d isertatie

CUPRINS
CUPRINS …………………………………………………………………………………………………………………………….. 1
Capitolul 1 ……………………………………………………………………………………………………………………………. 4
MENTENANȚA PREDICTIVĂ……………………………………………………………………………………………. 2
1.1 Noțiuni introductive ………………………………………………………………………………………………………………….. 2
1.2 Scopul și obiectivele lucrării de diplomă ………………………………………………………………………………………. 3
1.3 Tipuri de mentenanță ………………………………………………………………………………………………………………… 3
1.4 Mentenanța predictivă ………………………………………………………………………………………………………………. 6
1.4.1 Analiza vibrațiilor ………………………………………………………………………………………………………………… 5
1.4.2 Lagăre cu rulmenți ………………………………………………………………………………………………………………. 7
Capitolul 2 ……………………………………………………………………………………………………………………………. 9
MAȘINA ASINCRONĂ ……………………………………………………………………………………………………….. 9
2.1 Introducere ………………………………………………………………………………………………………………………………. 9
2.2 Elemente constructive ……………………………………………………………………………………………………………… 10
2.3 Motorul asincron trifazat ………………………………………………………………………………………………………….. 12
2.3.1 Principiul de funcționare al motorului asincron ……………………………………………………………………… 12
2.4 Regimurile dinamice ale motorului asincron trifazat …………………………………………………………………….. 13
Capitolul 3 ………………………………………………………………………………………………………………………….. 16
MAȘINA DE FREZARE (MILLING MACHINE) ………………………………………………………………. 18
3.1 Noțiuni introductive …………………………………………………………………………………………………………………. 16
3.2 Părți componente ……………………………………………………………………………………………………………………. 18
3.3 Axul motorului tip 4041 ……………………………………………………………………………………………………………. 21
3.4 Modul de operare pentru mașina de frezare ……………………………………………………………………………….. 23
Capitolul 4 ………………………………………………………………………………………………………………………….. 26
IMPACTUL ECONOMIC ………………………………………………………………………………………………….. 26
Capitolul 5 ………………………………………………………………………………………………………………………….. 39
REZULTATE ȘI CONCLUZII …………………………………………………………………………………………… 39
Anexa 1 ………………………………………………………………………………………………………………………………. 44
Bibliografie: ……………………………………………………………………………………………………………………….. 59

Lucrare de d isertatie

2

Capitolul 1
MENTENANȚA PREDICTIVĂ

1.1 Noțiuni introductive

Mentenanța poate fi considerată un ansamblu de activități tehnico -organizatorice care au ca
scop menținerea în stare de funcționare, întreținerea și reparația sistemelor industriale. Dezvoltarea și
creșterea complexității sistemelo r industriale a dus la modernizarea și actualizarea tehnicilor de
mentenanță. Dacă s -ar efectua un studiu asupra filozofiei mentenanței utilizate în diferite tipuri de
procese se pot observa destule similitudini în ciuda variațiilor îndelungate în timpul operațiunilor.
Filozofia mentenanței se poate împărți în patru categorii diferite:

1. Efectuarea întreținerii în caz de defecțiune totală;
2. Întreținere preventivă bazată pe timp;
3. Întrețnere predictivă bazată de condiții;
4. Întreținere proactivă folosită pe ntru prevenirea defectelor;
Costurile de mentenanță reprezintă o mare parte a costurilor totale de funcționare ale
sistemelor industriale. Termenul de sistem industrial se referă la o mașină, centru de prelucrare, robot
industrial, linie de fabricație, fabrică, depozit. În funcție de specificul fiecărei ramuri industriale,
costurile de mentenanță pot reprezenta de la 15 la 60% din costurile produselor finite. [1].
Motivul dominant al acestei gestionări ineficiente este lipsa de date factuale pentru a putea
cuantifica nevoia reală de reparare sau întreținere a mașinilor, a echipamentelor și a instalațiilor.
Programarea de întreținere a fost și în multe cazuri este încă predictivă, bazată pe datele statistice sau
eșecul efectiv al echipamentelor.

Lucrare de d isertatie

3

Pentru a înțelege un program de manage ment pentru întreținerea predictivă, tehnicile de
management tradițional ar trebui luate în primul rând în considerare. Fabricile industriale și de proces
de obicei adoptă două tipuri de mentenanță.
Deteriorarea sau încetarea funcționării unui sistem car e asigură o funcție cerută în condițiile
de funcționare specificate se definește ca o situație de defect. O defectare este datorată apariției unuia
sau mai multor defecte. Detecția defectelor se definește ca determinarea prezenței unui defect în sistem
iar izolarea acestor defecte se referă la determinarea tipului de defect, a locului de producere a
defectului și a momentului de detectare. [2]
Întreg procesul de detecție și diagnoză a defectelor are ca cerințe minime permiterea accesului
la anumiți parame tri sau anumite mărimi specifici sistemului care ne pot oferi informații esențiale
asupra stării acestuia.
1.2 Scopul și obiectivele lucrării de diplomă

Principalul obiectiv al acestei lucrări este de a studia și prezenta principalele metode de
mentenanța, cu un focus pe mentenanța predictivă pentru mașina de frezare. Ca și obiect principal de
studiu în cadrul acestei lucrări este masina de milling (tăiere) căruia i se vor face analize de vibrații cu
scopul de a preveni unele incidente de oprire a acest eia. Se vor prezenta rapoartele de analiză și
totodată importanța acestora în durata de viață a acestui echipament.

1.3 Tipuri de mentenanță
După cum s -a specificat anterior, datorită dezvoltării și creșterii complexității sistemelor
industriale a rezultat modernizarea și actualizarea tehnicilor și politicilor de mentenanță. În
concordanță cu costurile pieselor și materialelor de schimb, cu pie rderile datorate timpului de
staționare în reparație se pot diferenția trei tipuri de mentenanță.
Cele trei tipuri de mentenanță sunt: Mentenanța corectivă (permite unui mijloc de producție,
în mod provizoriu, îndeplinirea integral a funcției, prin inter venții la momentul apariției unei

Lucrare de d isertatie

4

probleme; acțiunea este bine planificată, însa, acționându -se nu numai la nivelul simptomaticii, ci
încercând să se descopere cauza defectului), mentenanța preventivă și cea predictivă (permite
depistarea din timp, localiz area și identificarea defecțiunii de siguranță a utilajului).
În această lucrare, se va studia în mod special mentenanța predictivă. Aceasta reprezintă un salt
calitativ superior într -un sistem de mentenanță modern, indiferent de ramura industrială sau de
specificul de producție. [2]

1.4 Mentenanța predictivă
Mentenanța predictivă reprezintă un salt calitativ superior într -un sistem de mentenanță
modern, indiferent de ramura industrială sau de specificul de producție, deoarece oferă toate
informațile necesare pentru:
• Depistarea din timp a apariției defecțiunilor
• Localizarea acestora
• Diagnosticarea defecțiunilor
 Calculul duratei de funcționare în condiții de siguranță a utilajului
După cum s -a specificat și în paragrafele anterioare, procesul de detecție și diagnoză a defectelor
presupune accesul la anumite mărimi sau parametri semnificativi ai sistemului, care dau în orice
moment informații asupra stării acestuia. Monitorizarea stă rii unui sistem se poate realiza utilizând
echipamente sau algoritmi sofisticați sau pentru sistemele mai simple, se bazează pe experiența si
pregatirea operatorului sistemului respectiv.
Pe parcursul anilor, dezvoltarea activității industriale, realizarea unor producții cât mai mari, la calitate
cât mai bună și cu costuri cât mai mici, au determinat orientarea managementului firmelor și a
experților în utilaje și echipamente spre elaborare a unor măsuri organizatorice și tehnologii care să
reducă opririle accidentale ale utilajelor și reducerea timpilor de staționare în reparație, deci a
costurilor de mentenanță.

Lucrare de d isertatie

5

Este necesar să se aiba în vedere faptul că, în orice sistem, programul de men tenanță se va focaliza pe
componentele critice ale acestuia. Ca și definiție pentru termenul de componentă critică este elementul
direct implicat în procesul producție, de care depinde în mod essențial productivitatea întregului
sistem, randamentul acestuia și bineînțeles calitatea produsului.
La fel ca și subiectul ales pentru această lucrare, măsurarea vibrațiilor la rotirea echipamentului, este
probabil cel mai cunoscut procedeu din aplicaâiile curente ale întreținerii predictive, dar și alte
categorii de mecanisme din industria echipamentelor beneficiază de o întreținere predictivă.

Ca o sumarizare se poate afirma că, mentenanța predictivă este un mijloc de îmbunătațire și
creștere a productivității, calității produselor și ale randamentului total al sistemelot de fabricație și
producție.

1.4.1 Analiza vibrațiilor

Această categorie este una dintre cele mai des întâlnite și utilizate metode de detecție și
diagnoză a defectelor în sisteme electromecanice. Cu ajutorul acestor metode, este posibilă măsurarea
vibrațiilor sistemului, de obicei cu un accelerometru, după care spectrul de frecvențe este examinat în
vederea identificării frecvențelor semnificative din punct de vedere al stării mașinii.
Toate mașinile care au părți componente rotative gen erează forțe mecanice în timpul
funcționării normale. Din cauza faptului că, starea mecanică a mașinii se schimbă din cauza uzurii,
modificării în mediul de operare și variațiilor de încărcare, la fel și aceste forțe suferă modificări.
Înțelegerea dinamici i mașinii și a modului în care forțele creează frecvențe de vibrații unice este
practic cheia spre înțelegerea sursei vibrațiilor.[1]
Problemele care pot fi ușor identificate prin această metodă sunt: dezechilibre, probleme în
lagăre, rezonanța structural ă, defecte rotorice la mașinile electrice, excentricități. Testele la care sunt
supuse echipamentele electrice pe parcursul analizei nu afectează buna funcționare a sistemelor, fiind

Lucrare de d isertatie

6

rapide și neinvazive. Pentru a putea identifica o problema la un sistem e lectromecanic, ca prim pas se
definește un nivel propriu de vibrații, iar bineînteles, pe urma, orice abatere de la acesta se definește
ca fiind o problema. Pentru a putea interveni înainte ca sistemul să se deterioreze, acestea sunt ținute
sub observație. [2]
De-a lungul aniilor s -au dezvoltat o gamă întreagă de instrumente de măsură a vibrațiilor, de
la tipul portabil, până la echipamente complexe, fixe, pentru sisteme care necesită o monitorizare
permanentă. Datele preluate de la echipamente pot fi prelucrate imediat sau pot fi descărcate pe un
computer pentru analiză și procesare mai departe.
Adițional analizei de vibrații cu aparatul specific, în cadrul datelor care vor fi prezentate în
prezenta lucrare, s -au efectuat și termografii. Termografia reprezintă utilizarea unei camera cu
infraroșu pentru a vizualiza și măsura energia termică emisă de un anumit obiect. Practic temperatura
unui obiect constă în vibrația atomilor din interiorul obiectului. Gradul de vibrații determină
temperatura obiectului. Atomii din interiorul unui material comunică între ele și cu mediul
înconjurător prin transferal energiei lor de vibrație. În acest fel, prin absorbția energiei un atom își
crește intensitatea vibrației, sau predă energie prin care își scade această intensitate. Radiația infraroșie
stă la baza tehnicii numită “termografie”. [3]
Termoviziunea sau vizualizarea în infraroșu este o tehnică prin care o cameră detectează și
afișează o hartă a intensității radiației pe un domeniu din spectrul magnetic. Această cantitate de
radiație depinde în primul rând de temperatura corpului dar și de proprietatea acestuia de a emite
radiație în funcție de tipul materialului și de calitatea suprafeței.
Camera de termoviziune nu măsoară temperatura ci radiația emisă de către suprafața obiectului
măsurat,
Analizele realizate în cadrul acestei lucrări s -au efectuat cu ajutorul unei companii externe, o
firmă contractată specializată pe astfel de măsurători.

Lucrare de d isertatie

7

1.4.2 Lagăre cu rulmenți

În prezenta lucrare se vor prezenta rezultat ele analizelor de vibrații pentru motorul mașinii de
frezat, după cum s -a menționat și mai sus. Principalul obiect de analiză al motorului sunt rulmenții
acestuia. Tocmai din acest motiv, se vor prezenta câteva detalii
despre acest subiect.
Cele patru elemente constructive de bază ale unui rulment
radial sunt inelul interior, inelul exterior, corpurile de rostogolire,
corpurile de rostogolire și colivia prezentate în figura de mai jos.

Figura 1.1 Lagărul cu rulmenți [5]
Ca și p rincipiu de funcționare, inelul interior este montat pe arbore și se rotește împreună cu
acesta. Adesea, în cele mai multe dintre aplicații, inelul exterior este montat fix într -o carcasă. Pe inele
sunt prelucrate căile de rulare. Colivia ghidează și menți ne corpurile de rostogolire la aceeași distanță.
Acestea se mișcă împreună cu colivia între căile de rulare. [5]
Cinematica rulmenților este influențată de parametrii structurali, condițiile de funcționare,
ungere și precizia de fabricație. Elementele con structive ale unui rulment au frecvențe de rotație
specific la care prin impactul periodic cu un defect se produc vibrații.

Lucrare de d isertatie

8

Neregularitățile geometrice sub forma ondulării cu puține cicluri în lungul circumferinței
produc vibrații de joasă frecvență. Vibrațiile lagărelor radiale cu inel exterior fix și jocuri radiale
pozitive provin în principal de la ondularea căii de rulare interioare și variația diametrului rolelor, și
mai rar de la alte erori geometrice. Vibrațiile datorite diametrelor diferite ale ro lelor se produc la
armonici ale frecvenței coliviei, în timp ce vibrațiile datorite ondulării căii de rulare interioare apar la
armonici ale frecvenței de rotație a arborelui, cu o bandă laterală distanțată cu frecvența de trecere a
rolelor, care apare la armonici mai înalte. [5]
Se definește ca fiind “semnătura mecanică” a rulmenților, semnalul de vibrații produs de un
rulment care mai apoi poate fi descompus electronic în componentele sale spectrale și nivelele lor de
amplitudine.
Pentru a putea detecta defecte ale rulmenților se fac înregistrări a semnalului de vibrație,
precum raportul prezentat în partea practică al acestei lucrări. Indicii formei de undă a vibrației se
calulează pe baza semnalului de vibrații brut fiind utilizaț i la comparații și pentru stabilirea tendințelor
de evoluție. Ca și exemplu se poate utiliza valoarea de vârf (amplitudinea maximă), amplitudinea
vârfvârf, valoarea medie si cea eficace.
Ca și metode utilizate pentru analiza vibrației rulmenților există o varietate, dar cea utilizată și
în cazul prezentat este analiza anvelopei. Analiza anvelopei este o metodă de prelucare a semnalelor
care utilizează preprocesarea cu un filtru și un redresor a semnalului de la un accelerometru standard,
pentru a revela de fectul unu rulment la frecvența sa fundamental. Mai poate fi numită metoda de
rezonanță de înaltă frecvență.

Figura 1.2. Metoda de analiză a anvelopei [5]

Lucrare de d isertatie

9

În analizoarele de semnal modern, partea utilă a spectrului de frecvențe se extrage print -un zoom
efectuat în jurul unei rezonanțe excitate de defectul rulmentului, pe când metoda tradițională utilizează
un filtru trece -bandă analogic, un redresor și un circuit de netezire. Filtrul extrage din spectrul de
frecvențe rezonanța excitată de defectul rulmentului iar detectorul extrage anvelopa. [5]
Detecția anvelopei sau demodularea amplitudinii este procedeul de extragere a semnalului modulator
din semnalul modulat în amplitudine. Rezultatul este semnalul de timp modulator. Acesta poate fi
studiat/interpretat ca atare, în domeniul timp, sau poate fi supus unei analize în frecvență.
Analiza anvelopei se face pe baza spectrului de frecvențe FFT al semnalului modulator. [5]

Capitolul 2
MAȘINA ASINCRONĂ

2.1 Introducere
Mașina asincronă este cea mai răspândită mașină electrică. Aceasta este întâlnită pe scară largă
în acționările electrice din toate sectoarele industriale și sociale, în special în regimul cu bile, a
macaralelor electrice, a podurilor rulante, a aparaturii medicale sau a celor electrocasnice.
Prima variantă constructivă de mașină asincronă este atribuită lui Galileo Ferraris care a
realizat în anul 1885 un motor asincron bifazat cu rotorul din cupru. În anul 1890 Dolivo Dobrowolski
realizează primele moto are asincrone, capabile să fie folosite în acționări industriale și a căror
construcție, în principiu, este asemănătoare cu a motoarelor fabricate în prezent. [3]
Motoarele asincrone se construiesc pentru o gamă foarte largă de puteri (de la ordinul unită ților
de W până la ordinul zecilor de MW), pentru tensiuni joase (sub 500V) și tensiunii medii (3 kV, 6 kV
sau 10 kV) și având turația sincronă la frecvența f=50 HZ egală în mod uzual cu n=500, 600, 750,
1000, 1500 sau 3000 rot/minut, în funcție de numărul de perechi de poli. [9]
Principalele avantaje ale motoarelor asincrone față de alte tipuri de motoare electrice sunt:
• Simplitate în construcție

Lucrare de d isertatie

10

• Preț de cost redus
• Siguranță mare în exploatare
• Performanțe tehnice ridicate (cuplu mare de pornire, randament ridicat)
• Stabilitate în funcționare, exploatare și întreținere simplă  Alimentare direct de la
rețeaua trifazată de c.a.
• Factor de putere relativ scazut

2.2 Elemente constructive
Principalele elemente constructive ale unei mașini asincrone sunt:
• Statorul (miez magnetic 1 și înfășurare statorică 3)
• Rotorul (miez magnetic 2 și înfășurare rotorică 4)
• Alte elemente constructive (arbore 5, rulment 6, carcasă 7, ventilator 8)

Figura 2. Elemente constructive mașina asincronă

Lucrare de d isertatie

11

Statorul mașinii asincrone joacă rolul de inductor. În stator se obține un câmp magnetic
învârtitor, pe cale electrica, cu ajutorul unei înfășurări trifazate parcurse de curenți alternativi trifazați,
înfășurare așezată în crestături.
Din punct de vedere constructiv, statorul are forma unui cilindru gol realizat din tole de oțel
electrotehnic de 0,5 mm grosime, izolate între ele cu lac izolant sau oxizi ceramici.
Crestăturile se obțin prin stanțarea tole lor înainte de împachetarea miezului și pot fi
semiînchise sau deschise. Cele semiînchise au avantajul unui flux de dispersie mai redus, dar
înfășurarea trebuie realizată din conductor rotund și introdusă fir cu fir. Crestăturile deschise permit
realizarea înfășurării afară pe șablon dar prezintă un flux de dispersie mai mare. [9]

Figura 2.1 Crestături statorice (două straturi) Figura 2.2 Crestatură rotorică (un strat)

Rotorul mașinii asincrone joacă rolul de indus având forma unui cilindru plin realizat din tole din
oțel electrotehnic de 0,5 mm, izolate sau neizolate. La periferia rotorului se află crestături realizate tot
prin ștanțare, în care se introduce înfăsurarea rotorică.
Mașina asincronă poate fi cu rotor bobinat iar în acest caz înfășurarea rotorică este de tipul
înfășurărilor de c.a. trifazate, cu pas diametral, într -un singur strat sau mai multe. În cazul în care
mașina asincronă este cu rotorul în scurtcircuit, atunci înfășurarea rotorică este de tipul colivie
realiz ată prin turnare din bare de Cu sau Al scurtcircuitate la capete de două inele din același material.

Lucrare de d isertatie

12

Carcasa mașinii asincrone poate fi realizată din aluminiu sau fontă prin turnare. Carcasa
poartă tălpile de fixare ale mașinii, inelul de ridicare, cutia de borne, plăcuța indicatoare și scuturile
frontale. Miezul statoric împreună cu înfășurarea sa sunt susținute de miez și totoda tă miezul statorului
asigură posibilitatea de centrare față de rotor.
Întrefierul mașinii asincrone este spațial liber rămas între miezul feromagnetic al rotorului
și miezul statoric. Lățimea întrefierului la mașina asincronă se consideră constantă și are o valoare
foarte mică (0,1…2 mm) în vederea obținerii unui curent de magnetizare cât mai redus și totodată
obținerea unui factor de putere ridicat.

2.3 Motorul asincron trifazat
Mașina asincronă are posibilitatea de a funcționa stabil în trei regimuri:
• Regim de motor
• Regim de generator
• Regim de frână electrică
În majoritatea cazurilor, în practică, mașina asincronă se utilizează aproape în toate cazurile în regim
de motor.
În prezenta lucrare, la fel ca în aproape toate cazurile dupa cum s -a speci ficat, se va utiliza în
studii funcționarea mașinii asincrone în regim de motor.
2.3.1 Principiul de funcționare al motorului asincron
Motorul asincron trifazat este alimentat de la reteaua de c.a. cu energie electrică prin
conectarea statorului la aceasta. Energia primită de la rețea o convertește mai apoi în energie mecanică
care e mai departe furnizată la axul rotorului. Sistemul de cu renți trifazați simetrici absorbiți de stator
de la rețea produce un câmp magnetic învârtitor care pentru armonica fundamentală are forma:
(2.1)

Lucrare de d isertatie

13

Acest câmp produce în raport cu înfășurar ea rotorică un flux magnetic de forma:
(2.2)
Fluxul magnetic induce în faza respectivă a înfășurării rotorice o tensiune electro -motoare de
aceeași pulsație. Se știe că înfășurarea rotori că este închisă și din această cauză t.e.m. va da naștere
unui curent prin faza rotorică respectivă. Sistemul trifazat simetric de curenți din înfășurarea rotorică
trifazată interacționează cu sistemul trifazat de fluxuri ψ2 dând naștere unui cuplu rezulta nt de forțe
care va pune în miscare rotorul. Rotorul capătă astfel viteză și în final se stabilește la valoarea Ω2 <
Ω 1 (Ω 1 fiind viteza unghiulară de sincronism a câmpului învârtitor inductor).
Campul magnetic învârtitor inductor și rotorul nu pot fi niciodată în sincronism de aceea este și
denumită mașină asincronă.

2.4 Regimurile dinamice ale motorului asincron trifazat
Regimurile dinamice sunt legate de variația energiei la axul motorului, motorul fiind supus unei
viteze variabile în timp, adică unei accelerații. Dintre regimurile dinamine importante sunt
următoarele:
• Pornirea
• Reglarea turației  Frânarea
• Schimbarea s ensului de rotație
Variația energiei în timpul regimurilor dinamice antrenează variația unor mărimi electrice și
neelectrice ale motorului asincron, variații care trebuie să fie cunoscute datorită implicaților ce le pot
avea asupra funcționării motorului.
Pornirea motorului asincron începe în momentul în care se conectează statorul la rețea, turația
motorului fiind nulă, și se termină când motorul ajunge în regim staționar adică în momentul în care
turația motorului se stabilizează. Curentul absorbit de l a rețea în momentul pornirii depășește de 6 sau

Lucrare de d isertatie

14

de 8 ori curentul nominal, după care scade exponențial la valoarea stabilizată de regim staționar. Acest
supracurent de pornire poate avea efecte nefaste asupra aparatelor montate în circuitul statoric și poate
produce căderi însemnate de tensiune pe rețea, dacă puterea rețelei de alimentare este comparabilă cu
cea a acționării. [8]

Procedeele pentru reglarea turației motorului rezultă din expresia turației:

(2.3)

Practic constau în variația frecvenței f1 a tensiunii de alimentare, modificarea numărului de perechi
de poli (p) și modificarea alunecării s prin modificarea rezistenței rotorice.
Reglarea turației prin modificarea frecvenței și a tensiunii de alimentare prin menținerea
raportuluu U1/f1=constant se realizează cu ajutorul convertizoarelor statice de frecvență cu
tiristoare.
Cu toate că, în prezent, tehnica convertizoarelor de frecvență este astăzi bine pusă la punct, aceste
instalații sunt destul de scumpe și deformează rețeaua introducând armonici superioare și mărind astfel
pierderile suplimentare ale motorului.
Reglarea turației prin modificarea rezistenței rotorice poate fi aplicată doar motoarelor cu rotorul
bobinat. Faptul că se introduce simetrica de rezistențe în serie cu înfășurările de fază rotorice modifică
crescător alunecările critice.
Prin introducerea în rotor a rezistențelor suplimentare se poate regla viteza în jos față de cea sincronă
în limite largi, cu scăderea rigidității caracteristicii. Afinitatea reglajului depinde mult de numărul de
trepte al reostatului de reglare.

Lucrare de d isertatie

15

Cu toate că există și o serie de dezavantaje pentru această metodă care vor fi menționate mai jos,
reglarea turației motoarelor asincrone cu ajutorul reostatelor rotorice este una dintre cele mai larg
utilizată în practică datorită simplității ei.
Dezavantaje ale acestei metode:
• Eficiența economică scăzută din cauza pierderilor mari prin efectul termic pe rezistențele
exterioare
• Necesitatea d imensionării speciale a reostatului de reglare pentru stabilirea regimului termic
• Limitarea plajei de reglaj funcție de mărimea cuplului de sarcină

A treia metoda de reglare a turației este reglarea turației prin modificarea numărului de poli
p. La modificarea numarului de perechi de poli p, se modifică în trepte viteza de sincronism și totodată
viteza de rotație a motorului asincron.
Modificarea numărului de perechi de poli se poate face în două feluri:
• Se introduce în crestăturile statorului două înfășurări distincte cu număr diferit de poli.
• Se realizează înfășurări statorice pe fiecare fază din două secțiuni identice care printr -un
commutator special pot fi conectate în serie sau în paralel.

Regimul de frânare, la mașina asincronă, intră în funcțiune atunci când cuplul electromagnetic
dezvoltat este de sens opus sensului său de rotație. Alunecarea o să devină supraunitară iar mașina
primește energie mecanică pe la arbore și energie electrică din rețea pe care le transformă în căldură
prin efectul Joule.

Lucrare de d isertatie

16

Capitolul 3
MAȘINA DE FREZARE (MILLING MACHINE)

3.1 Noțiuni introductive
În prezenta lucrare se vor prezenta rezultatele unor analize de vibrații realizate pentru mașina de
frezare.
Majoritatea oamenilor nu își pot imagina cât de importante sunt aceste tehnologii în viața lor, în
prezent. Nu există nimic care să fie folosit în prezent, care nu are în tehnologia sa de fabricație folosită
tehnologia CNC . Este prezentă în produsele și obiectele din viața de zi cu zi, de exemplu autoturisme,
avioane, componente ale mașinilor de toate tipurile, matrițe pentru scule folosite pentru mașini de uz
casnic, proteze medicale, telefoane mobile și jucării.
Mașinile de frezat CNC sunt mașini- unelte care sunt utilizate pentru modelarea metalului și a altor
materiale solide. Mașinile de frezat timpurii au fost automatizate manual sau mecanic, dar progresele
tehnologice au dus la dezvoltarea computerului de control numeric, cum ar fi centrul de prelucrare
CNC. CNC se referă la un computer ("control") care citește și stochează instrucțiuni. Această
informație numerică, în general, codurile "G și M" (un limbaj de programare) este apoi utilizată pentru
a cont rola și a conduce o unealtă -mașină, un mecanism mecanic acționat ("centru de prelucrare"). Un
centru de prelucrare este utilizat pentru fabricarea componentelor folosind instrumente de tăiere pentru
îndepărtarea materialului.

Controlul numeric al computerului (CNC) a fost încorporat într -o varietate de tehnologii și mașini
noi. Poate cel mai frecvent tip de mașină care este folosit în acest domeniu este cunoscut ca o masina
de frezat CNC.
Frezarea CNC este un anumit tip de prelucrare CNC. Frezarea este un proces destul de similar cu
forarea sau tăierea și cu ajutorul acesteia se pot efectua aceste procese pentru o varietate de necesități

Lucrare de d isertatie

17

de producție. Frezarea folosește un instrument de tăiere cilindric care se poate rot i în diferite direcții.
Spre deosebire de forajele tradiționale, un cutit de frezat se poate deplasa de -a lungul mai multor axe.
De asemenea, are capacitatea de a crea o gamă largă de forme, sloturi, găuri și alte impresii necesare.
În plus, piesa de pre lucrat dintr -o freza CNC poate fi deplasată peste unealta de frezat în direcții
specifice. Un burghiu este capabil să realizeze o mișcare cu o singură axă, ceea ce limitează capacitatea
de producție globală.
Mașinile CNC sunt adesea grupate pe numărul de axe pe care pot funcționa. Fiecare axă este
etichetată cu o anumită literă. De exemplu, axele X și Y reprezintă mișcarea orizontală a piesei de
lucru a frezei. Axa Z desemnează mișcarea verticală. Axa W reprezintă mișcarea diagonală pe planul
vertical.
Majoritatea mașinilor de frezat CNC oferă între 3 și 5 axe. Masinile mai avansate trebuie să fie
programate cu tehnologia CAM pentru a funcționa corect. Aceste mașini CNC avansate pot produce
forme specifice care sunt practic imposibil de realizat cu orice t ehnică manuală cu ustensile. În plus,
majoritatea frezelor CNC sunt echipate cu un dispozitiv special care pompează lichidul la unealta de
tăiere în timpul procesului de producție.
Pentru a forma partea finisată, procesul de tăiere poate fi pornit dintr -un bloc solid, o piesă
prelucrată, turnată sau forjată. Pentru aceste șcenarii, este necesar ca un mecanic de freză să fie prezent
pentru a putea citi și interpreta desenele tehnice și specificațiile complexe și care să lucreze la un grad
înalt de precizie și detaliu.
În general, frezele de prelucrare CNC sunt foarte eficiente atunci când vine vorba despre
prototipuri, producție pe termen scurt a pieselor complexe și fabricarea pieselor și componentelor de
precizie. Dar aceste mașini puternice oferă o gamă largă de alte beneficii, în special în ceea ce privește
manipularea majorității materialelor într -un mod foarte eficient.

Lucrare de d isertatie

18

3.2 Părți componente
După cum s -a specificat și anterior, mașina de frezare poate fi sub formă orizontală sau verticală.
În prezenta lucrare, testele, s -au efectuat pe o mașina de frezat verticală tocmai de aceea se va pune
accent pe acet tip.
Părțile componente majore ale m așinii de frezat verticale sunt: baza, coloana, cotitura și șaua,
masa, pintenul și capul de unealtă.
• Baza : Este partea de fundație a mașinii de frezat. Toate celelalte părți componente sunt
legate de aceasta. Baza poartă practic întreaga greutate de aceea este nevoie să aibă o
rezistență mare la compresiune și să fie realizată din fontă. De asemenea funcționează și
ca rezervor pentru fluidul de tăiere. [6]
• Coloana este de asemenea parte a “fundației” mașinii de frezat. Este montată vertical pe
bază. Ea susține genunchiul, masa. Are rol și de carcasă pentru toate celelalte componente
antrenante. Este un element gol care conține uneltele de antrenare și uneori motorul pentru
ax și masă. [6]
• Genunchiul: este prima parte mobilă a mașinii de frezat. Este fix at pe coloană și se
deplasează de -a lungul căilor glisante situate deasupra coloanei. Este realizat din fontă și
se deplasează în sus și în jos pe lateral și schimbă distanța între mașină și piesa de prelucrat.
Poate fi acționat mecanic sau hidraulic.
• Șaua: Este așezată între masă și genunchi și lucrează ca și parte intermediară între acestea.
Se poate deplasa transversal pe partea din față a coloanei Alunecă pe căile de ghidare
prevăzute de genunchi care sunt perpendicular pe coloană. Principala funcție a acesteia
este de a furniza mișcarea în direcția orizontală piesei de lucru. De asemenea este fabricat
din fontă.
• Masa: este situată deasupra genunchiului și ține piesa de lucru în timpul prelucrării. Este
realizat din fontă și are o fantă T tăiată pest e aceasta. Piesa de lucru se fixează peste ea prin

Lucrare de d isertatie

19

utilizarea șuruburilor de fixare. Un capăt al șurubului se fixează în acest slot, iar celălalt se
fixează pe piesa de lucru. Acesta poate oferi trei grade de libertate piesei de lucru.
• Axul: Axul este par tea principală a mașinii care ține utilajul la locul potrivit în mașina de
frezat verticală. Este o parte mobilă care este în mișcare rotativă. Este acționată de motor
și acționează mașina. Are un slot pe capătul din față iar instrumentul de tăiere se fixe ază
pe acel slot.
• Arborele: Este o parte mecanică care se folosește ca parte de extensie a axului în mașina
de frezat orizontală. Este montat pe ax atunci când este necesar.
• Pintenul: funcționează ca braț în mașina verticală. Un capăt al brațului este atașat la
coloană și celălalt capăt la capul de frezare. [6]
În figura alaturată 3.1 se poate observa mașina de frezat verticală și părțile componente ale
acesteia:

Figura 3.1 Mașina de frezat verticală

Lucrare de d isertatie

20

Baza și coloana formează o singură unitate și reprezintă o structură majoră din mașina de
frezat. O parte de diafragma de coada e prelucrată pe fața coloanei pentru a asigura ghidajul vertical
pentru “genunchiul” mașinii. Un dispozitiv similar este prelucrat pe partea de sus a coloanei pentru a
putea oferi un ghidaj pintenului. Coloana de sus și pintenul pot fi rotite în dreapta și în stânga din
centru pentru a putea permite o poziționare largă a capului de unealtă peste masă. “Genunchiul”
angrenează dispozitivul pe fa ța coloanei și este deplasat în sus și în jos prin rotirea manivelei de
traversare verticale. Genunchiul sprijină șaua și masa și totodată se blochează intr -o anumita poziție
pentru siguranță.
Șaua blochează diapozitivul din partea de sus a genunchiul ui și a cutiei și se deplasează și se
rotește prin rotirea mânerului transversal. Șaua sprijină masa. Sistemele de blocare a șaibelor
blochează șaua la o poziție dată.
Masa angrenează dispozitivul din partea superioară a șauei și se deplasează la dreapta și la
stânga prin rotirea mânerului de traversare a mesei. Piesa de lucru sau dispozitivul de susținere a
lucrului este securizat la masa. Sunt disponibile încuietori de masă pentru a putea fi masa blocată la o
anumita poziție. Multe mașini de frezat au mecanismul de alimentare pe masă. Acest lucru permite o
rată de alimentare a mesei variabilă în ambele direcții în timpul unei operații de frezare.
Rampele cuplează glisiera pivotantă pe partea superioară a coloanei. Rampa este deplasată în
interior și exterior prin rotirea poziționarii pinionului.
Capul de unealtă este atașat la capătul rampei și conține motorul care acționeaza mai apoi
arborele. Se pornește cu un comutator cu trei poziții (înainte/înapoi/marșarier). De fiecare dată
operatorul de la mașină trebuie să se asigure că axul se rotește în mod corespunzător când mașina se
pornește. Modificările de viteză sunt realizate cu curele de transmis ie sau dispozitive cu viteză
variabilă.

Lucrare de d isertatie

21

3.3 Axul motorului tip 4041
În mașina de frezare care a fost supusă testelor prezentate în această lucrare, se regăsește axul
motorului de tip 4041. Acesta este
utilizat pentru rutarea PCB -urilor. Are
un diametr u de prindere de 45 mm și o
viteză nominală care variază între
5000 si 50000 rotații pe minut. Mașina
are de asemenea, un motor asincron
trifazat și o carcasă din oțel inoxidabil.
Funcționează cu o tensiune de 48 V, un
curent maxim de 13 A și un cuplu de
până la 27Ncm. [7]
Figura 3.3 Spindle motor tip 4041

Lucrare de d isertatie

22

În imaginea alaturată se
pot observa detaliile tehnice
al acestui produs și se pot
observa mărimile
specificate mai sus.
Lângă detaliile tehnice se
poate observa totodată și
diagrama de performanță.
[7]

Lucrare de d isertatie

23

Figura 3.4 Detalii tehnice motor spindle și diagrama de performanță

3.4 Modul de operare pentru mașina de frezare

Operatorul de la mașina de frezare este instuit corespunzător instrucțiunilor de operare pe acest
echipament. În continuare vor fi prezentați pașii care trebuie urmați cu strictețe pentru a putea
manipula corect atât echipamentul cât și produsele.
În prim a fază, se va trage afara din mașină sertarul numărul 1 (din partea stângă), după care se
deschide sistemul de fixare al plăcii PCB folosind mâna dreaptă pentru acționarea manetei (pe direcție
verticală sus/jos) conform imagine 3.5.) (în cazul în care exis tă rămas în cuib restul unei plăci frezate
se scoate și se aruncă în cutia cu deșeu)

Figura 3.5 Sertarul mașinii de frezare

Lucrare de d isertatie

24

Se continuă cu manipularea produsului din spațiul de depozitare până la echipamentul de
lucru. Se ia produsul din supermarket. Intotdeauna PCB -urile se iau incepand cu partea de jos si
terminand cu partea de sus a supermerketu -ului conform figurii 3.6.

Figura 3.6 Manipular ea PCB -urilor

Se așează placa PCB în cuib, cu componentele mari în partea inferioară, dupa care se închide
dispozitivul de fixare prin acționarea cu mâna dreaptă a manetei (pe direcție verticală în jos după cum
se poate observa în Figura 3.7.) Maneta s e împinge în jos și se eliberează din mână pentru a evita
accidentarea mâinii (figura 3.8.). Se împinge sertarul în mașină, și imediat se repetă aceiași procedură
(pasii 1 -> 3) pentru sertarul 2 (din partea dreaptă) (Figura 3.9.)

Figura 3.7 Așezarea plăcii pe dispozitiv

Lucrare de d isertatie

25

Figura 3.8 Se impinge maneta pentru
fixare
Figura 3.9 Se impinge sertarul
La sfârșitul ciclului de frezare sertarul va fi
împins automat afară. Se deschide sistemul de
fixare prin acționarea manetei, se scoate restul de
PCB frezat și se aruncă în cutia cu deșeuri, după
care se închide sistemul de fixare. Produsele bune
se extrag din cuib (se prind de margine) și se
așează direct în suporți de blistere pentru a merge
la următoarea operație.

Figura 3.10 Scoaterea restului de PCB din sertar

Lucrare de d isertatie

26

Capitolul 4
IMPACTUL ECONOMIC

La achiziționarea și instalarea unui echipament nou, calculele pentru costurile necesare sunt
relativ ușor de realizat, deoarece există câțiva parametrii fixi care se iau în considerare.
Dacă se vorbește despre calcularea unor costur i care sunt alocate pentru mentenanță, acestea
sunt greu de estimat din cauza multor variabile care trebuiesc luate în considerare. Pentru a putea știi
dacă este sau nu nevoie de alocarea unor resurse în favoarea mentenanței, la nivelul unei companii ca
și în cazul de față, se iau în considerare anumite elemente cum ar fi frecvența întreruperilor, distribuția
lor în timp, numărul de produse care sunt cu defect, necesitatea unor reparații dese.
Pentru a putea justifica implicarea financiară intr -o politica de mentenanță, compania trebuie
să aibă un cuantum al costurilor și totodată al beneficiilor presupuse.
În cazul despre care se vorbește în această lucrare, se poate afirma faptul că indiferent de
echipament, politica companiei, este de a apela la menten anța predictivă pentru a asigura buna
funcționare a acestora.
Mai exact, mașina de frezare, este utilizată ca un proces “pool” în zona de producție. “Milling
pool” reprezintă practic un proces care trebuie să alimenteze cu materie primă mai multe linii d e
asamblare finală. Acesta este cel mai important motiv pentru care mașina de frezare beneficiază de
menenanță.

Figura 4.1 Diagrama pentru procesul “pool”

Lucrare de d isertatie

27

Costurile, în cazul în care există o defecțiune sau mașina nu mai funcționează, în acest caz, nu
se reduc doar la costul de reparație și la piesele de schimb în care ar fi nevoie de investiție ci la ceva
mai mult decât atât. În cazul în care, mașina cedeaz ă, liniile de asamblare finală, din cauză că sunt
dependente de procesul anterior, nu ar mai putea produce. Și aici se pun în discuție costuri mult mai
mari care ar putea afecta compania. Posibilitatea de a nu putea livra în timp la client sau chiar deloc
produsele finite este un factor de importanță majoră care ar putea afecta în cele din urmă chiar întreaga
companie și renumele acesteia.
Dezvoltarea unei strategii de mentenanță într -o companie nu presupune doar un singur tip de
mentenanță. La fel ca și p entru mașina de frezare, subiectul prezentei lucrări, s -a definit un mix de
mentenanță reactivă, corectivă, preventivă și predictivă.
În literatura de specialitate se utilizează anumiți termeni pentru situațiile descrise mai sus. Spre
exemplu: OTB este corespondentul mentenanței reactive, intervenția asupra echipamentului se
realizează numai după ce defectul a dus la întreruperea capacității de funcționare.
FTM reprezintă mentenanța preventivă, caz în care intervențiile sunt stabilite și organizate din
timp, la intervale fixe de timp, de cele mai multe ori în funcție de ciclul de viață al echipamentului.
CBM este o metodă bazată pe evaluarea continuă a stării mașinii și intră în categoria
mentenanței predictive.
In situația prezentă, pentru mașina de fr ezare există un anumit plan de mentenanță bine stabilit
prezentat și în figura 4.1.

Lucrare de d isertatie

28

Figura 4.2 Plan de mentenanță pentru mașina de frezare

Se poate observa faptul că sunt anumite acțiuni care sunt planificate săptămânal, lunar, la 12,
16, 26 sau 52 s ăptămâni. În tabelul de mai sus se poate observa faptul că este clar stabilit numărul
echipamentului pe care se efectuează mentenanța, numele acestuia, scopul mentenanței sau descrierea
pe scurt a operațiunii, durata fiecărei acțiuni, perioada de timp la c are trebuie efectuată și nu în ultimul
rând persoana responsabilă.
Trebuie luat în considerare faptul că un echipament sau sistem are în structura sa o mulțime de
componente sau subansamble, fiecare cu propriul program de mentenanță care specific intervalul de
timp la care trebuie efectuată inspecția, tehnicile si personalul de inspecție după cum se poate observa
și mai sus. În concluzie, este important ca un sistem complex de mentenanță trebuie să posede o bază
de date bine pusă la punct.

Lucrare de d isertatie

29

Planul de mentenanță este definit de către departamentul de mentenanță al companiei și agreat cu
inginerii de proces și bineînțeles în cele din urmă cu membrii din conducere.
În funcție de necesități, acesta se poate adapta în timp.
Pentru a se putea efectu a menenanța planificată de către personalul alocat responsabil, aceștia
trebuie să fie instruiți conform instrucțiunilor de lucru elaborate în prealabil.
Pentru mentenanța săptămânală, conform tabelului din figura 4.2, sunt anumiț pași care trebuie urma ți
de către persoana calificată pentru a efectua această operațiune, în acest caz operatorul de pe mașina
de frezare. Pentru început se golsește pubela de instrumente uzate, rămășițe în urma frezării PCB –
urilor iar timpul alocat pentru această operațiune e ste de 2 minute.În cazul în care această operațiune
nu se efectuează la intervalul specificat de inginerii de mentenanță, procesul de producție trebuie oprit.
Următoarea operațiune care trebuie efectuată, de către persoana responsabilă, este verificarea
furtunelor de aspirare, cu posibilitatea de schimbare a acestora în cazul în care situația o va impune.
În cazul în care furtunele se blochează, sau în cazul în care acestea se rup, aspiratorul nu mai poate să
își execute funcțiile de bază iar procesul de producție trebuie oprit de urgență. În cazul în care anumite
rămășițe blochează furtunele, motorul aspiratorului de poate arde. Acest lucru poate creea costuri
adiționale pentru reparație dar și timpul de producție pierdut. Această operațiune durează 10 m inute.
Ca și următor pas, sticla camerei trebuie verificată și curățată dacă este nevoie. Operațiunea de
curățare, are termen de execuție 2 minute și este importantă datorită faptului că operatorul de la acest
echipament, în timpul procesului de lucru, es te obligat să urmărească daca, fizic, mașina de frezat,
funcționează corect și dacă produsul este la standard dupa procesele efectuate asupra lui.

Conform checklist -ului prezentat anterior in figura 4.2, există o instrucțiune de lucru pentru
mentenanț a autonomă TPM, pentru mașina de frezare, în care se specifică operațiunile care trebuie
efectuate de către personalul responsbail însoțite de observații. După cum s – specificat anterior, există
operațiuni care se realizează o data pe zi sau săptămână sau chiar lună. Există și pași de mentenanță
care trebuie urmați în fiecare schimb.

Lucrare de d isertatie

30

1. Din această categorie face parte și curățarea mașinii. Această operațiune este efectuată de
operatorul care activează pe postul respectiv și este instruit conform. Pentru a porni sau opri aspiratorul
se apasă butonul “Aspirator de mână”. Curățarea se face din 2 în 2 ore cu ajutorul aspiratorului. Când
se curăță pinii trebuie introdus vârful aspiratorului în poziție vertical ca să se evite îndoirea pinilor
precum se poate o bserva și în Figura 4.3. Ca și punct de atenție, în cazul în care aspiratorul este
introdus prin pin, acesta sub nicio formă nu trebuie înclinat din cauză că există riscul îndoirii pinului
aspirat.

Figura 4.3 Cuățarea mașinii de frezat

2. Se continuă mai apoi cu pasul de completare a magaziei de freze. Operatorul are
responsabilitatea de a completa cu freze locașurile libere, astfel încât toate cele 6 locașuri să conțină
câte o freză, să fie cu partea active a frezei în jos, după care, se apasă butonul “ Set all tools in the tool
change unit good”. Ca și vizualizare, se poate observa pasul descries în figura 4.4. Ca și timp pentru
execuția acestui pas se acordă 2 minute.

Lucrare de d isertatie

31

Figura 4.4 Completarea magaziei de frezare
3. Ca și metodă de TPM dar totodată ca și metodă de 5S (aranjarea și curățarea locului de
muncă), următorul pas care se efectuează, tot de către operatorul de la milling, este curățarea cutiei
de scrap . Aceasta se curăță o data sau de câte ori este necesar pe schimb. Operațiunea durează
aproximativ 5 minute și recipientul cu poziția acestuia pot fi observate în figura 4.5.

Figura 4.5 Curățarea cutiei de scrap

4. Verificarea pinilor din cuiburi este o operațiune care are ca și timp alocat 15 minute în
care practic se vor verifica prezența pinilor poka- yoke de pe ramă. În cazul în care lipsesc, se
escaladează situația unui tehnician care mai apoi îi va înlocui figura 4.6. Poka- yoke este un sistem,
preluat de la Toyota system, care practic ne ajută să evităm greșeala. Poate fi comparat cu un “quality

Lucrare de d isertatie

32

gate” care îți permite să faci pasul doar dacă este corect. Se va verifica mai apoi funcționalitatea
pinilor de fixare panel, dacă nu funcționează corespunzător, trebuie curățați sau înlocuiți de c ătre
tehnicieni. În figura alăturată 4.7 se observă pinii care trebuie verificați.

Figura 4.6 verificarea pinilor poka -yoke

Figura 4.7 Verificarea pinilor din cuiburi

În final trebuie verificați toți pinii de susținere să nu fie îndoiți. Din nou, dacă ceva nu este în regulă,
se cere ajutorul tehnicienilor și se cere înlocuirea lor figura 4.8.

Figura 4.8 Verificarea pinilor de susținere
În cadrul mentenanței care se efectuează zilnic (o dată pe zi ) se regăsesc următorii pași care vor fi
prezentați în continuare.

Lucrare de d isertatie

33

1. Verificarea sacului aspiratorului de către reglor sau operator. În cazul în care sacul este
plin pe jumătate, trebuie schimbat. Toate intevențiile la as pirator trebuie să fie efectuate cu mânuși de
nitril (cauciuc) și mască de protecție împotriva particulelor. Operațiunea durează 5 minute și se poate
observa în figure 4.9 operația descrisă.

Figura 4.9 verificarea sacului aspiratorului

2. Curățarea mandrinei urmează în ordinea stabilită, dar această operațiune poate fi realizată doar
de către reglor. Această intervenție are o descriere aparate față de ceilalți pași și va fi descrisă în
continuare. Curățarea axului de fixare KAVO, are trei faze care t rebuie urmate, fiecare dintre ele cu
un anumit conținut de pași.
În prima fază , se demontează axul de fixare urmănd cu strictețe urmatoarii pași preluați din
instrucțiunea de lucru creeată pentru acest proces:

Lucrare de d isertatie

34

a) Aduceți utilajul la final de proces.
b) Deschideți capacul frontal
c) Deschideți mandrina cu ajutorul butonului de pe Panoul de
comandă: “ Open Chuck”
d) Îndepărtați scula de frezare din mandrină și aruncați -o
e) Îndepărtați și curățați capacul de protecție împotriva prafului
mandrinei și inelului de e tanșare
f) Cu o cheie inbus deschideți șurubul de fixare din interiorul
mandrinei(prizionerul), rotind în stânga șurubul
g) Demontați axul de fixare cu ajutorul unei chei inelare sau fixe
de 10 mm dacă este nevoie
În imaginea alăturată, figura 4.10, se pot observa elementele
care întrunesc primul pas de demontare al axului.

Figura 4.10 Demontarea axului de fixare
În a do ua fază, se va curăța și se va monta axul de fixare conform pașilor următori:
a) Curățați axul de fixare cu ajutorul unei perii
b) Curățați fantele axului cu mare atenție; acumularea majoră de praf poate împiedica închiderea
corectă a acestuia.
c) Se aspire praf ul residual de pe ax
d) Axul de fixare se fixează manual pe poziție și se strange până freza intră ușor forțat în ax
e) Se strange, se rotește în dreapta șurubul din interior cu o cheie imbus de 2 mm
f) Se atașează, inelul de etanșare și apoi capacul de protecție împotriva prafului mandrinei g) Se
introduce o freză

Lucrare de d isertatie

35

h) Se închide mandrina cu ajutorul butonului de pe panoul de comanda “Open cuck”

Figura 4.11 Curățarea și montarea axului de fixare
În ultima fază, utiljul este repus în producție . În instrucțiunea de lucru care trebuie urmată
pentru a efectua această operațiune se include următorii pași:
a) Îndepărtați toate ustensilele folosite pentru curățare
b) Închideți capacul frontal
c) Resetați mesajele de eroare
d) Verificați sa fie cheia în poziție de normal
e) Porniți pe mod Automat
Tot în cadrul mentenanței zilnice se încadreză și pasul în care este nevoie să se verifice sau după caz
să se înlocuiască peria. Se verifică starea periei prin inspecție vizuală iar în c azul în care este uzată se
va schimba.

Figura 4.12 Schimbare periei

Lucrare de d isertatie

36

Dacă se discută despre mentenanța care se efectuează o data pe lună (la fiecare 4 săptămâni),
există, la fel ca și pentru celelalte descries anterior, un număr de activități pentru care respnsabili pot
fi operatorii sau tehnicienii. Din această categorie fac parte următoarele:
1. Curățarea/schimbarea filtrelor ventilatoare. În cadrul acestei operațiuni se scot filtrele
de la ventilatoarele mașinii și se curăță cu aspiratorul. În cazul în care acestea sunt îmbibate se
schimbă. Filtrele sunt poziționate astfel: unul în față, dedesubt de panoul de comandă și alte două pe
spatele mașinii conform figurii 4.13.

Figura 4.13 Curățarea filtrelor ventilatoare

Conform planului de mentenanță afișat mai sus sub formă de checklist, există acțiuni, pentru
mentenanța mașinii de frezare, care au o perioadă de execuție la 16 săptămâni . Majoritatea
operațiunilor care trebuie efectuate în cadrul acestei mentenanțe, sunt realizate doar de către
tehnicienii autorizați și totodată instruiți ai companiei.
Prima activitate care face parte din această categorie este verificarea și înlocuirea după caz
al discului protecție pentru spindle . Se verifică gradul de uzură al discului iar dacă se observă a fi
necesar acesta se înlocuiește. Pasul este vizualizat în Figura 4.14 și are ca durată de execuție 10 minute.

Figura 4.14 Verificare disc protecție spindle

Lucrare de d isertatie

37

Un alt pas din activitatea de mentenanță face parte curățarea ș i ungerea ansamblului de axe
X, Y, Z . În cadrul acestei activități se verifică rulmenții liniari și dacă este necesar se ung cu vaselina.
Se va face o verificare prin acționare manuală (deplasări pe fiecare axă) iar operația trebuie sa fie
liniară, fără șocuri sau întreruperi. Sistemul de axe poate fi vizualizat în figura 4.15.

Figura 4.15 Curățare ansamblu de axe X, Y, Z

Datorită faptului că se oferă o importanță ridicată
asupra s ertarelor, ghidajelor acestora și pe curățarea lor,
din cauză că, de multe ori există problem cu acestea și sunt
opriri neplanificate, a fost introdus ca punct de verificat pe lista
de mentenanță. Se verifică mișcarea sertarelor (intrare și ieșire).
Mișcarea trebuie să fie liniară fără șocuri sau joc.
Ghidajele sertarelor sunt sub placa de metal ținut cu șuruburile
indicate în figura 4.16.
Figura 4.16 Curățarea și ghidajul sertarelor

Lucrare de d isertatie

38

În ceea ce privește mentenanța predictivă, care se efectuează o data la două săptămâni, de către o
companie externă are ca timp de execuție aproximativ 10 minute. Inginerul specializat, se conectează
cu unul dintre următoarele aparate: microlog CMVA 60, mi crolog CMXA70 -S, microlog CMXA80F,
CMSS 2200 care au ca rol colectarea de informații cu privire la vibrațiile ce apar în timpul utilizării
echipamentului. Aceste date sunt evaluate cu ajutorul unui software de diagnoză și evaluare. În cazul
în care rezultatele în urma verificării sunt în parametrii optimi, între limita minima și maximă a
echipamentului, aparatul funcționează normal. În cazul în care rezultatele sunt în afara limitelor,
inginerul va face recomandări cu privire la acțiunile și modificările ca re trebuie efectuate, pentru ca
echipamentul să nu sufere de întreruperi neplanificate.
Mentenanța se planifică din timp în planul de producție, iar pentru a nu pierde prea mult timp, mașina
de frezare se oprește pentru 10 minute iar inginerul care efectuează testele pe echipament, le face
direct pe motorul spindle care nu va fi detașat. Se fixează un punct de referință pe motor, analizorul
colectează datele care mai apoi urmează să fie interpretate de către persoana avizată să interpreteze
datele. În mo d ideal, aceste teste, pentru a putea fi eficiente, trebuie efectuate într -un mediu controlat
în care parametrii de referință să fie aceeași de fiecare dată când se efectuează testele. Motorul spindle
trebuie detașat de la echipament și fixat într -o zonă s igură unde să nu existe alte elemente perturbatoare
precum infulențe provenite de la freză sau broșă. Totodată trebuie stabilit un punct exact pe suprafața
acestuia de unde sa se colecteze datele de fiecare dată pentru a putea fi 100% relevante.
Ingine rul extern care colectează datele este supreavegheat de asociații companiei dar fără intervenții
din partea acestora.

Lucrare de d isertatie

39

Capitolul 5
REZULTATE ȘI CONCLUZII

După cum s -a specificat si în capitolele anterioare, s -au efectuat unele teste de analiză a
vibrațiilor pentru mașina de frezare, cu scopul de a preveni undele opriri din cuza defecțiunilor
mecanice.
Mașina de frezare (milling machine) pentru care s -au efectuat aceste teste se află in apartenența
companiei Robert Bosch, județul Cluj. Fabrica are ca domeniu de activitate, producerea pieselor
pentru industria automotive. Ca si tipuri de produse se regăsesc numeroase componente electrice de
mici dimensiuni iar liniile de fabricație nu sunt complet automatizate. Asta implică și un număr mare
de operatori care să manevreze echipamentele elctrice și implicit componentele electrice.
Pentru a asigura un flux continuu de producție, s -a decis că este nevoie de ad optarea unor tehnici de
menenață predictivă, evitând astfel unele opriri neplanificate.
În acest sens, a fost contractată o firmă externă, care, conform planificării prezentate mai sus în lucrare,
o data la două săptămâni va efectua aceste teste. Compani a contractată, responsabilă pentru rapoartele
de analiză a mașinii de frezare este din România dar din cauza politicilor de confidențialitate numele
nu o să fie precizat în prezenta lucrare. Ca și inițială de referință pentru contractor se va folosi
“X”.
Încă din 1907 compania “X” este un important furnizor global de tehnologie. Principiul lor de bază
constă în capacitatea de a dezvolta neîncetat tehnologii noi și de a le utiliza pentru crearea unor
produse care oferă avantaje competitive clienților lor. Această companie are o experiență practică
dobândită în peste 40 de domenii cu cunoștințele despre platformele companiei: rulmenți și unități,
etanșări, mecatronică, servicii și sisteme de lubrifiere. În prezent, “X” își dezvoltă tehnologiile punând
accen tul pe reducerea efectelor pe care produsele le au asupra mediului de -a lungul întregului ciclu de
viață, atât în activitățile noastre, cât și la clienții lor.
Compania “X” oferă o gamă completă de servicii atât producătorilor de echipamente originale
(OEM), cât și clienților piețelor secundare din întreaga lume, din fiecare industrie majoră, la fiecare

Lucrare de d isertatie

40

stadiu al ciclului de viață al utilajului. Soluțiile avansate de servicii ale “X” sunt: îmbunătățirea
productivității, reducerea costurilor de mentenanță , îmbunătățirea eficienței energetice, optimizarea
proiectării, reducerea timpului de punere pe piață, reducerea costului total al activelor.
Conform raportului atașat în anexa lucrării se poate observa faptul că s -au utilizat anumite aparate de
măsură ș i software. Pentru colectarea datelor s -au utilizat colectoare -analizoare de date de vibrații de
tipurile: “X” microlog CMVA 60, microlog CMXA70 -S și microlog CMXA80- F.
Măsurătorile din acest exemplu de raport, reprezintă condiția de funcționare a utilaje lor, la data
efectuării măsurătorilor. Aceste tipuri de măsurători și rapoarte, trebuie realizate periodic pentru a
putea furniza predicții asupra calendarului schimbării rulmenților.
În incipitul raportului este menționat un cod de culoare care este fol osit pentru a sublinia starea
echipamentului în diferite etape. Culoare verde semnifică că nu sunt probleme la rulmenți, ungere sau
defecte electrice, totul decurge în regim normal și nu se cere nicio acțiune ulterioară. În cazul culoarei
galben, se pot observa unele probleme minore/medii și atunci echipamentul necesită verificarea lui
conform defectelor constatate într -o perioada de timp de până la trei luni. Dacă se semnlazează
probleme majore la echipament, acestea vor fi evidențiate prin culoare roșu și indică o acțiune
imediată de verificare a utilajului cu o perioadă de timp de până la o lună.
În raport sunt prezentate anumite grafice conform analizei vibrațiilor mașinei de frezat, cărora le sunt
stabilite limitele de minim și de maxim în care echipamentul poate funcționa normal fără să indice
vreo posibilă defecțiune. Se precizează faptul că, furnizorul motorului spindle cu care colaborează
compania, nu a vrut să specifice acești parametrii menționați mai sus din motive de confidențialitate.
Acesta este motivul pentru care, limitele impuse în aceste grafice au fost practic stabilite de către
inginerii de mentenanță ai companiei împreună cu compania externă. Regula de stabilire a acestora a
fost să testeze 3 motoare spindle noi pe mașina de frezare și să stabilească în funcție de
comportamentul acestora respectivele valori.
În producție există după cum s -a menționat și anterior 3 mașini de milling care formează un process
pool, care au fost analizate în prezentul raport, dat totodată există încă câteva echipamente de acest
tip care sunt în linie (în serie cu alte procese) și de care nu depind decât o singură familie de produse.

Lucrare de d isertatie

41

Au fost analizate și acelea dar pot fi diferentiate prin numărul specific de echipament alocat fiecăruia.
Cele mai importante, care au un impact mult mai mare asupra procesului de producție sunt cele trei
incluse în proce sul de pool și anume: CLJ -OF-120-225, CLJ -OF-120-223 și CLJ -OF-120-224, după
cum este și specificat in tabelul recapitulative al raportului.
Ca și mod de măsurare s -a folosit metoda anvelopei, care a fost prezentată și în capitolele anterioare,
utilizând un filtru de 3, “peak to peak” in banda de frecvență 0…1000 Hz.
La începutul raportului este rezumatul tutuor testelor efectuate iar rezultatele sunt transpuse într -un
table recapitulativ. Se poate observa că, pentru cele trei mașini de frezare care form ează procesul de
“pool” rezultatul este unul pozitiv și nu trebuie intervenit mecanic. În schimb pentru una din
echipamentele de frezat CLJ -253-10 s-a planificat schimbarea broșei.
Planificarea producției este un subiect delicat și totodată important în compania Robert Bosch. Există
programe care urmăresc automat din SAP numărul de piese produse în fiecare schimb, timpul de
schimb de referință (change over time), opririle planificate și în același timp cele neplanificate, pentru
o mai bună organizare a ti mpului net de producție. Din această cauză, mentenanța planificată este
întotdeauna luată în considerare la nivel de lună, în calculul de capacitate a liniilor. Dacă apar opriri
neplanificate din cauza defecțiunilor tehnice, în cazul de față la mașina de f rezare, spre exemplu la
motorul spindle al acestui echipament, ca și referință de timp pierdut pentru schimbarea acestei piese
se pierd aproximativ 40 minute. 40 minute în termeni de număr de piese finite reprezintă o sumă
semnificativă.
Trebuie menționa t faptul că, s -a adoptat mentenanța predictivă pentru mașina de frezare cu scopul de
a preveni unele opriri neplanificate și totodată reducerea costurilor din punct de vedere al implicațiilor
financiare pentru piesele de schimb (dacă se defectează o compon ent poate la rândul ei să afecteze o
alta și costul total să fie mai mare), pentru timpul de producție care este pierdut, este nevalorificat și
nu în ultimul rând timpul de lucru al angajaților care operează aceste echipamente.
Această acțiune a fost impl ementată și menținută timp de un an, dar mai apoi s -a decis să se renunțe
la ea. S -a observat în timp faptul că, cu toate că raportul indica spre exemplu că, motorul trebuie
schimbat, după înlocuirea lui se consatată că piesa înlocuita era încă în stare de funcționare normală.

Lucrare de d isertatie

42

Majoritatea rapoartelor au fost în concordanță cu realitatea și au ajutat inginerii de la mentenanță dar
s-a decis la renunțarea la acest serviciu din cauza profitabilității.

Figura 5.1 Tabel urmărire mentenanță predictivă

În figura 5.1 se poate observa faptul că s -au urmarit parametrii indicați în urma mentenanței
predictive și recomandările primite s -au comparat cu numărul necesar de piese schimbate. Este de
menționat faptul că, compania externă care venea o data la două s ăptămâni, nu furniza astfel de date
(overview cu privire la rapoartele generate de ei și acțiunile care s -au luat). Asociații companiei Robert
Bosch, din cadrul departamentului de mentenanță, s -au sesizat când au observant că în unele cazuri
observațiile nu ajută, și au început să urmărească activitatea.
În figura 5.2 se poate observa mai îndeaproape rezultatele mentenanței predictive și efectul asupra
producției.

Lucrare de d isertatie

43

Figura 5.2 Tabel rezultat mentenanță predictivă
Spre exemplu a existat caz, după cum se poate și observa și în tabelul din figura 5.2, când în
urma mentenanței echipamentul rula la parametrii normali dar a fost nevoie să se schimbe spindle -ul.
Acest lucru arată faptul că, în practică, lucrurile stau de multe ori diferit decât în testele care se
desfășoară într -un mediu relativ controlat, pentru că acestea surprind doar o parte din funcționarea
echipamentului de frezat. Din aceste motive, compania, a renunțat la aceste servicii, teste realizate de
compani a externă și a decis că este mai eficient, mai ușor și mai rentabil din punct de vedere economic
să nu mai efectueze testele ci să schimbe piesele cu problem atunci când situația o impune, practic se
renunță la mentenanța predictivă și se adoptă cea reacti ve.
Compania a avut în plan achiziționarea unui aparat pentru măsurători care are în specificațiile
tehnice cu limite de măsuruă de peste 10000 rotații pe minut, dar pentru că aparatul este foarte scump
iar beneficiile aduse de acesta nu erau cu nimic în plus față de măsurătoriile făcute de compania
externă, s -a decis că achiziția acestui aparat nu este rentabilă și că, costurile depășesc eventualele
beneficii aduse de aparat.

Lucrare de d isertatie

44

Anexa 1
“Vibration Analysis is a mixture of science and art.”
Dr. Robert M. Jones Nr Raport 80/02.05.2016
RAPORT DE VIBRODIAGNOZĂ SOCIETATEA ROBERT BOSCH SRL
LUNA aprilie 2018 Analiza lunară nr 3.
Colectat Ing Szalontai Attila
Nagy Damo Attila

Intocmit: ing. Hegedus Peter
BINDT Certified Vibration Analyst Level II.

Ing. Szalontai Attila
BINDT Certified Vibration Analyst Level II.

INTRODUCERE:
Abrevieri:
VEL măsurarea vitezei de vibrație Velocity – [mm/s]
ACC măsurarea accelerației de vibrație Acceleration – [g]
ENV măsurarea accelerației envelopate (pentru determinare defecte în rulmenți) – [gE]
1 x RPM
turația axului utilajului măsurat
BPFO frecvența de defect a rulmentului pe inel exterior – [Hz]
BPFI frecvența de defect a rulmentului pe inel interior – [Hz]
BSF frecvența de defect a elementelor de rostogolire – [Hz]
FTF
frecvența de defect a coliviei rulmentului – [Hz]
Aparate de măsură și software utilizate la diagnoză:

MICROLOG CMVA 60 Colector -analizor de date de vibrații
MICROLOG CMXA70 -S Colector -analizor de date de vibrații
MICROLOG CMXA80 -F Colector -analizor de date de vibrații
CMSS 2200 Senzori utilizați

Lucrare de d isertatie

45

@ptitude Analyst Software de evaluare și diagnoză
@ptitude Decision Support Software da analiza automata
TMTI 2/FLIR 50E Camera Tetmografica

Remarci generale despre măsurători de vibrație pentru determinarea stării de
funcționare a utilajelor: Toate măsurătorile au fost efectuate folosind tehnici de măsurare a vibratiilor
adecvate utilajelor în concordanță cu standardele internaționale de vibrații cum ar fi: ISO 10816- Mechanical
Vibration – Evaluation of machine vibration by measurements on non -rotating parts și SKF ENVeloping
Evaluation of Bearings Condition .
Extras din normele de evaluare a nivelului de vibrație conform ISO 10816 –3:
Mod de măsurare: viteză de vibrație RMS, filtru trece bandă 10 Hz … 1.000 Hz

General alarm Guidelines for Enveloped Acceleration Measurements.
Extras din normele SKF de evaluare a stării de funcționare a rulmenților Mod
de măsurare: Enveloping, filtru 3, Peak to Peak în banda 0 Hz … 1.000 Hz

Lucrare de d isertatie

46

Toate măsurătorile din acest raport reprezintă expresia condiției de funcționare a utilajelor (valturi, cilindrii,
prese, motoare, pompe, etc) la data efectuării măsurătorilor. Mentenanța predictivă asupra utilajelor trebuie
realizată printr -un program regulat de măsurători de vibrații care să poată furniza predicții asupra calendarului
schimbării rulmenților si a altor activitați corective ce trebuie aplicate utilajelor.

Remarci și comentarii asupra condiției de funcționare a utilajelor măsurate:

De-a lungul raportului, următoarele notificări (plus remarcile și comentariile specifice) vor fi utilizate pentru
a stabili condiția de funcționare a utilajelor măsurate:

Nu sunt probleme relativ la: rulmenți, ungere, defecte electrice și defecte stucturale
(dezechilibre, dezalinieri, slăbiri mecanice)
Există anumite probleme relativ la: rulmenți, ungere, defecte electrice sau defecte
structurale – verificați utilajul ref eritor la defectele constatate și detaliate in raport în mai
puțin de 3 luni.
Există probleme majore relativ la: rulmenți, ungere, defecte electrice sau defecte
structurale – verificați utilajul referitor la defectele constatate și detaliate in raport în mai
puțin de 1 lun

Recomandări generale referitoare la folosirea raportului.
Raportul este structurat pe capitole așa cum este prevăzut în conținut. Utilizatorul raportului trebuie să
citească cu mare atenție întreg raportul și să combine toate informațiile conținute pentru a folosi la maxim

NORMAL

ACTIUNE
PLANIFICATA

ACTIUNE
IMEDIATA

Lucrare de d isertatie

47

recomandările conținute. Este imperios r ecomandat să folosească aceste recomandări după consultarea și a
departamentului producție.

CERTIFICARI:

Lucrare de d isertatie

48

Tabel recapitulativ:

Utilaj Recomandări Stare
CLJ – 564 – 05
Recomandări:
Se recomandă urmărirea utilajului și orice zgomot
suspect se recomandă schimbarea broșei
CLJ – 563 – 005
Nu se recomandă intervenții mecanice
CLJ – OF – 120 – 225
Nu se recomandă intervenții mecanice

CLJ – OF – 120 – 223 Nu se recomandă intervenții mecanice

CLJ – OF – 120 – 224 Nu se recomandă intervenții mecanice

CLJ – 253 – 10 Recomandări:
Planificarea schimbării broșei
CLJ – 581 – 10
Nu se recomandă intervenții mecanice

CLJ – 562 – 005 Nu se recomandă intervenții mecanice

CLJ – 586 – 020 Nu se recomandă intervenții mecanice

Lucrare de d isertatie

49

Statia de frezare CLJ 564- 05

Bătăi mai mari

Jocuri mecanice în freză

Observații:
Utilajul funcționează sub nivelul de atenționare

Recomandări:
Se recomandă urmărirea utilajului și orice zgomot suspect se recomandă schimbarea broșei

50

Statia de frezare CLJ 563 -005

Evoluție constantă

Început de uzură broșă fără evoluție

Observații:
Utilajul funcționează sub nivelul de atenționare

Recomandări:
Nu se recomandă intervenții mecani

51

Statia de frezare CLJ 120 -225

Evoluție constantă

Început de uzură rulment în broșă – fără evoluție

Observații:
Utilajul funcționează sub nivelul de atenționare

Recomandări:
Nu se recomandă intervenții mecanice

52

Statia de frezare CLJ 120 – 223

Evoluție constantă

Fără uzuri importante

Observații:
Utilajul funcționează sub nivelul de atenționare

Recomandări:
Nu se recomandă intervenții mecanice

53

Statia de frezare 120 -224

Revenire la normal

Urme de uzuri descrescător

Observații:
Utilajul funcționează sub nivelul de atenționare

Recomandări:
Nu se recomandă intervenții mecanice

54

Statia de frezare CLJ 253- 10

Creștere importantă a vibrațiilor în broșă

Semnal cu uzuri

Observații:
Utilajul funcționează peste nivelul de atenționare

Recomandări:
Planificarea schimbării broșei

55

Statia de frezare CLJ 581- 10

Evolutie constanta

Început de uzură

Observații:
Utilajul funcționează sub nivelul de atenționare

Recomandări:
Nu se recomandă intervenții mecanice

Evoluție constantă

56

Statia de frezare CLJ 562 -005

Evoluție constantă

Fără uzuri importante
Observații:
Utilajul funcționează sub nivelul de atenționare

Recomandări:
Nu se recomandă intervenții mecanice

57

Bibliografie:

1. An introduction to predictive maintenance, R. Keith Mobley, Butterworth Heinemann,
Second Edition, 2002
2. Dinamica mașinilor III, Mircea Radeș, Printech, 2008
3. https://electronicaaplicata.wordpress.com/2015/02/20/termografierea/
4. mircea- gogu.ro/pdf/Curs%20Masini%20electrice/capitolul_V.pdf
5. www.resist.pub.ro/CursuriRades/08%20M%20Rades%20%20Dinamica%20masinilor%203.
pdf
6. http://web.mit.edu/2.670/www/Tutorials/Machining/mill/Desc ription.html
7. http://pdf.directindustry.com/pdf/sycotec -gmbh -co-kg/motor –
spindles/15245 http://pdf.directindustry.com/pdf/sycotec -gmbh -co-kg/motor -spindles/15245-
630253.html – open 630253.html#open
8. Condition monitoring of Rotating Electrical Machines, Peter Tavner, Li Ran, Jim Penman
and Howard Sedding Institution of engineering and Technology, 2008
9. http://www.emie.ugal.ro/doc/me/Capitolul%203.pdf