Proiectarea Si Modelarea Prototipului Virtual al Mesei cu 2 Axe Cnc

Proiectarea Si Modelarea Prototipului Virtual al Mesei cu 2 Axe Cnc

Byadmin ianuarie 1, 2024

1. introducere

Mașinile unelte de frezat în 5 axe au un domeniu larg de aplicabilitate datorită posibilității pe care o au de a prelucra suprafețe complexe (inclusiv sculpturale) în condițiile unei precizii de prelucrate, și repetabilități ridicate.

Există o mare varietate de combinații ale celor 5 axe acestea clesificându-se după două criterii și anume,după numărul de axe corespunzătoare piesei de prelucrat, ale sculei precum și succesiunea fiecărei axe în lanțul cinematic și după amplasarea axelor de rotație respectiv în spațiul de lucru sau în partea sculei.

După primul criteriu se pot întâlni mașini de prelucrat în 5 axe cu 2 axe de rotațit amplasate la sculă, cu o axa de rotație amplasata la sculă, si una la piesa de prelucrat, și cu două axe de rotație la piesa de prelucrat. Al doilea criteriu se referă la pozitia axelor de rotație, adică putem să întâlnim 12 combinații de mașini unelte cu 5 axe având succesiunea axelor

Oricum se aplică un principiu și anume în cazul mașinilor ce prelucrează piese de dimensiuni mici axele de rotație sunt amplasate la piesă, iar în cazul pieselor de gabarite și mase mari axele de rotație sunt amplasate la sculă.

Din punct de vedere constructiv se întâlnesc mașini unelte în având axele de rotație înglobate în structura mașinii, și mașini unelte în 5 axe în care se ce au mese roto-basculante, sau capete cu două axe de rotație detașabile.

Acest din urma caz se folosește în cazul modernizării și transformării unei mașini unelte în 3 axe CNC, într-o mașină în 5 axe CNC.

În acest fel se permite dotarea economică a firmelor mici și mijlocii cu mașini de frezat în 5 axe CNC.

O metodă economică posibilă de dotare a firmelor mici și mijlocii cu mașini unelte în 5 axe CNC este metoda de retehnologizare (retrofitting). Prin această metodă se transformă mașinile unelte în 3 sau 4 axe CNC, în mașini unelte în 5 axe CNC, cu costuri acceptabile, fără eforturi financiare considerabile

Universitatea din Oradea a lansat un proiect(“Rotary-Tilting Tables for 5-axis Machining Center” finanțat prin programul PNII, PARTENERIATE ÎN DOMENII PRIORITARE ERA NET) ce-și propune să dezvolte soluții constructive și de punere în aplicare a acestora, prin folosirea de mese rotativ-basculante în scopul dotării cu ele a mașinilor unelte cu 3 axe CNC, pentru dezvoltarea unei mașini unelte cu 5 axe CNC (RTT-5)

În vederea relizării acestui proiect, în primă fază s-a făcut un studiu al stadiului actual al soluțiilor constructive atât pentru acționate cu mecanism melc roată melcată cât si pentru cele care utilizează motoare built-in.

Datorită prețului ridicat de execuție al prototipului s-a renunțat la varianta de acționare a mecanismului de avans rotativ cu motor built-in și s-a adoptat acțiomarea cu angrenaj melcat.

Experiența acumulată de “Înfrățirea” Oradea, ulterior transmisă firmei “Stimin” Oradea, ne-a permis posibilitatea utilizării la mecanismul de avans circular a angrenajelor melcate DUPLEX.

2. proiectatea mesei cu 2 axe CNC

2.1 Alegerea variantei constructive

În scopul asigurării unei rigidități sporite s-a ales varianta lăgruirii bilaterale a mesei rotative.

Utilizarea angrenajelor melcate DUPLEX la mecanismele de avans rotativ prezintă avantajul păstrării parametrilor geometrici în urma soaterii jocului (fig 2.1).

Fig.2.1 Schema cinematică a avansului rotativ cu angrenaj DUPLEX

Eliminarea jocului se face prin avansul axial al melcului (prin linie punctată este prezentat sensul de avans pentru eliminarea jocului).

Asigurarea unei încărcări echilibrate a mecanismelor de avans rotativ se poate reliza prin folosirea a două angrenaje melcate acționate sincron, după cum se vede în fig.2.2.

Fig.2.2 Schema cinematică a avansului sincron cu angrenaj DUPLEX

În acest caz trebuie să se asigure rapoarte de transmisie egale și sensuri opuse de rotație pentru cei doi melci.

Utilizarea pentru cel de-al doilea melc a unei roți dințate este o metodă facilă de schimbare a sensului de rotație, dar introduce jocuri în transmisie. Aceste jocuri se pot scoate dar soluțiile de scoatere a lor sunt costisitoare.

O altă metodă de schimbare a sensului este prin utilizarea unei cutele dințate TWIN (curele ce au dantură pe ambele părți), și asigurarea unui traseu care să asigure ca un melc să fie antrenat cu dantura de pe o parte a curelei, iar celălalt melc să fie antrenat cu dantura de pe cealaltă parte a curelei.

Fig.2.3 Curea dințată sincronă TWIN POWER BELT

Această din urmă metodă a fost aleasă, jocurile din transmisie putând fi scoase prin intermediul întinzătoarelor de curea. Această transmisie este folosita atât la axa de rotație B cât și la axa de basculare A (fig.2.3)

Fig.2.4 Schema cinematică a avansului sincron cu angrenaj DUPLEX utiliată la familia de mese roto-basculantă RTT-5

Angrenajele melcate se pot aproviziona de la firma germană HENSCHEL precum și firma japoneză KHK care produc o gamă largă de angrenaje de diferite module.

Fig.2.5 Angrenaje melcate DUPLEX

După cum se vede în fig.2.5 angrenajul melcat se livrează cu dantura frezată și rectificată, alezajul în roată capetele de arbore la melc putându+se prelucra la beneficiar după ceriăele lui.

Datorită prețului ridicat al acestor angrenaje, și pentru că că firma “STIMIN SA” avea tehnologia de execuție și SDV-istica necesară realizării angrenajelor melcate DUPLEX s-a ales angrenajul cu caracteristicile din tabelul 2.1 produs de această firmă. Prețul acestui furnizor fiind mult mai mic.

Tabelul 2.1

În concluzie rapoartele de transmisie

i2=-i2’=1:40

și

i3=-i3’=1:40

În schema cinematică din fig.2.4 servomotorul de avans rotativ al platoului mesei este amplasat parallel cu axa A de basculare. Variantele cu servomotorul amplasat perpendicular pe axa de basculare este prezentat în fig 2.6, iar în figura 2.7 amplasarea motorului este coaxială cu axa A. În figurile 2.8,și 2.9 și 2.10sunt se pot vedea variantele constructive pentru corespunzătoare amplasării motoarelor.

Fig.2.6 Schema cinematică a avansului mesei roto-basculante cu axa servomotorului perpendiculară pe axa de basculare

Fig.2.7 Schema cinematică a avansului mesei roto-basculante cu servomotorul coaxial cu pe axa de basculare

Varianta I prezentată în fig.2.8 are gabarit mic, dar are dezavantajul că la rotirea pozitivă peste 95° servomotorul intră în spatial de lucru al sculei.

Varianta constructive II de masă roto-basculantă prezintă avantajul accesului ușor la reglarea jocului melcilor, tensionarea curelei, în condițiile în care servomotorul nu se află în spatial de lucru al sculei. Dezavantajul acestei soluții este că pentru a avea posibilitatea rotirii negative cu un unghi peste 10° trebuie mărit gabaritul în profunzime (lătime). De asemenea există o limitare la 110° la rotirea pozitivă.

Solutia de masă roto-basculantă trebuie să permită un unghi de basculare pozitiv peste 125° și negative peste 10° pentru a satisfice condiția de prelucrare a suprafețelor sculpturale.

Fig.2.8 Varianta I constructivă a mesei cu axa servomotorului perpendiculară pe axa de basculare

Fig.2.9 Varianta II constructivă a mesei cu axa servomotorului perpendiculară pe axa de basculare

Fig.2.10 Varianta III constructivă a mesei cu servomotorul coaxial cu axa de basculare

Varianta III prezentată în figura 2.10 satisface aceste cerințe permițând rotirea pozitiva până la 180°. Acest lucru permite utilizarea ei atât pe centrele de prelucrare cu ax vertical cât și pe cele cu ax orizontal.

2.2 Alegerea servomotoarelor de avans rotativ

Calculul momentului necesar la mecanismul de avans rotativ determină atât alegerea servomotorului cât și dimensionarea mesei.

Calculul momentului se face avându-se la bază relația (2.1) de determinare a puterii motorului acționării principale, și relația (2.2) de determinare a solicitării mecanismului de avans.

În relațiile de calcul a momentului s-au folosit următoarele simboluri:

Pm-puterea motorului de acționare a arborelui mașinii unelte [kw]

Fz- componenta tangențială a forței fe așchiere [dan]

Fa-componenta orizontală a forței fe așchiere [dan]

v-viteza de așchiere la operația de frezare cu freză frontal [m/min]

ηa-randamentul lanțului cinematic al operației de frezare

ηa-randamentul mecanismului de avans circular al operației de frezare

Ms-momentul la mecanismul de avans al mesei [nm]

R-raza mesei [mm]

S-a pornit de la idea dimensionării mesei în așa fel încât să se poată utiliza întreaga putere a motorului electric ce acționează arborele principal.

Calculele s-au făcut luîndu-e în considerare următoarele date de intrare:

Pm=10 [kw]

Fa=0,8·fz [dan]

v=100 [m/min]

ηa =0.9

ηs =0.9

R=100 [mm]

Ms=432[Nm]

Avân în considerare raportul de transmitere a angrenajului melcat servomotorul de acționare a avansului rotativ va fi

Unde

Mm-momentul servomotorului de avans

Mm=10,45[Nm]

Servomotorul de avans va avea un moment Mm ≥10,45

Pentru a asigura un avans cât mai mare se va allege un servomotor cu turația nominală

Puterea servomotorului va fi data de relația:

ω-viteza unghiulară de avans [s-1]

r-raza sculei [mm]

R-raza mesei [mm]

sz-avansul pe dinte

sr-avansul pe rotație [mm/rot]

s-avansul pe minut [mm/min]

r=50[mm]

sz=1[mm/dinte]

P=153W

Datorită faptului ca echipametul de pe centul de prelucrare TMA-AL 550 este de producție FANUC s-au ales și servomotoarele tot FANUC.

Astfel s-a ales servomotorul Ais12/3000 A06B-0078-B203 (Fig.2.11) cu următoarele caracteristici tehnice:

putere nominală………………….2,8kW

momentul de torsiune…………..12Nm

turație maximă(nm)………………..3000rot/min.

Caracteristica moment de torsiune –turație este prezentată în fig.2.12

Fig.2.11 Servomotor Ais12/3000 A06B-0078- B203

Fig.2.12 Caracteristica moment de torsiune-turație pentru servomotorul Ais12/3000 A06B-0078- B203

2.3 Proiectarea părții mecanice a mesei roto-basculante

Masa proiectată fiind un prototip carcasele mesei rotative și suporților lagărelor de pivotare, sunt ansambluri sudate dar se vor proiecta în așa fel încât, să se poată trece fără modificări importante, la repere turnate.

Masa roto-basculantă RTT-5 cod 1250-00.000este compusă din 4 subansamble de bază, după cum se vede în fig fig 2.13

Astfel subansamblul masa roratuvă 3 este lăgăruită în subansamblurile suport basculare dreapta 2 și suport basculare dreapta 1. Suporții basculare dreapta și stânga sunt prinți în șuruburi și știftuiți în placa de bază 4.

Fig.2.13 Masa rotobasculantă RTT-5 cod 1250-00.000 model 3D

1-subansamblu basculare dreapta; 2-subansamblu basculare stânga;

3-carcasă masă rotativă; 4-placa de bază

Subansamblul basculare dreapta este conceput astfel încât să permită antrnarea mesei rotative în condițiile amplasării servomotorului coaxial cu axa A (fig.2.14, fig.2.15)

Soluția constructive permite demontarea facilă, și extragerea a subansamblului motor (alcătuit din servomotori, arbotre de antrenare rotă de curea și elemente de legătură)din subansamblu (fig 2.16, fig.2.17).

Fig.2.14 Subansamblul basculare dreapta

Fig.2.15 Subansamblul basculare dreapta. Secțiune

Fig.2.16 Subansamblul motor.

Fig.2.17 Subansamblul motor. Secțiune

Pentru lăgăruirea atât a axei de basculare cât și a celei de rotație s-au folosit rulmenți combinați axial-radiali YRT120 (fig 2.18), dedicați pentru mese rotative.

În tabelul 2.2 (pus la dispoziție de furnizorul rulmenților) sunt dați parametric geometrici ai acestor rulmenți, iar în tabelul 2.3 sunt date caracteristicile tehnice a lor.

Fig.2.18 Rulment YRT120. Secțiune

Tabelul 2.2

Tabelul 2.3

După cum se poate observa acești rulmenți sunt foarte compacți și au p portanță foarte mare atât static cât și dinamică. Un alt avantaj al acestor rulmenți este acela că ei vin pretensionați de la producător.

Acești rulmenți au jocuri controlate foarte mici și rigidități mari.

Fig.2.19 Subansamblu angrenaj DUPLEX

Mecanismul de antrenare al avansului rotativ la basculare este compus din doua angrenaje melcate duplex (fig.2.19) având direcția de scoatere ajocului în sensul săgeții.

Angrenajele melcate sunt amplasate unul la subansamblul basculare dreapta și unul la subansamblul basculare stânga antrenați prin intermediul unei curele dințate sincrone (fig.2.20)

Fig.2.20 Acționarea sincronă a basculării

În fic.2.20 se observă atât modul de transmitere amișcării de basculare cât și modul de realizare a lăăgăruirii.

În cazul în care prelucrarea nu necesită mișcare de basculare, această axă se blochează pentru a elimina vibrațiile ce apar datorită jocurilor din mecanismul de avans.

După cum se vede în fig.2.21 această blocare se realizează imobilizând membrane elastic 2 față de suprafața carcasei 1. Acest lucru este realizat de pistonașele 3 ce se găsesc în acpacul 4. Aceste pistonașe sunt acționate hidraulic în sensul presării membrane revenirea o face membrane.

Fig.2.21 Blocarea axei de basculare

1-carcasă; 2-membrană elastică; 3-pistonaș; 4-capac

Fig.2.22 Dispunerea pistonașelor de blocare

Membrane (fig 2.23) se confecționează din 51VCr11A, oțel inoxidabil (datorită aportului de Cr), dar cu caracteristică elastic foarte bună. Datorită acestui fapt membrane are rol de element elastic pentru revenirea pistonașelor.

Fig.2.24 Membrana elastică de blocare

Datorită faptului ca revenirea o realizează membrane va exista un contact permanent între membrane și pistonașe ceea ce poate duce la uzuri premature și zgomote.

Fig.2.25 Pistonașul de blocare

1-pisttonaș;.2-manșetă de etnșare; 3-manșetă de ghidare;

4-pastilă antifricțiune

În acest scop pistonașele (fig 2.25) au o constructive care să elimine aceste inconveniente. Corpul pistonașului, pentru a avea o masă cât mai mica, este confecționat din aluminiu iar pe suprafața frontală a lui se aplică prin lipire un material antifricțiune.pentru a evita blocarea pe lângă inelul de etanșare a fost prevăzut și cu un inel de ghidare.

Suportul basculare stânga (fig.2.26) din punct de vedere al lăgăruirii, antrenării și blocării este identic cu suportul basculare dreapta. Ceea ce îi deosebește este faptul că suportul basculare stânga este prevăzut cu ansamblul motor, iar pe suportul basculare dreapta este montat traductorul unghiular.

Pentru a se integra în sistemul mașinii unelte, care este dotat cu echipament FANUC, s-a ales traductorul RNC 223F produs de firma HEIDENHAIN, știindu-se faptul că cele două firme fac echipamente compatibile.

Fig.2.26 Suportul basculare dreapta

Fig.2.27 Suportul basculare dreapta. Secțiune

În fig.2.28 este ilustrat traductorul unghiular, iar în tabelul 2.4 sunt date caracteristicile tehnice ale acestuia.

Tabelul 2.4

Fig.2.28 Taductor unghiular RCN 223F

Corpurile suporților sunt de constructive sudată, (fig.2.29, fig2.30) executat din OL52, oțel cu recomandat pentru asamblări sudate intens solicitate.

Fig.2.9 Carcasă subansamblu stânga

a-subansamblu sudat; b-secțiune

Fig.2.30 Carcasă subansamblu dreapta

a-subansamblu sudat; b-secțiune

Subnsamblul mesei rotative (fig 2.31) este amplasat între cei doi suporți basculareși este prins de pivoții stânga dreapta cu 9 șuruburi M10.

Fig.2.31 Masa rotativă

Fig.2.32 Masa rotativă. Secțiune

Platoul mesei (fig.3.33) este prevăzut cu canale T corespunzătoare șuruburilor M10.

Fig.2.33 Platoul mesei

Acesta se este fixat cu 8șuruburi M8 în pivotal central (fog 2.34). platoul se poate demonta înpreună cu placa de închidere și membrane elastic.

Fig.2.34 Pivot central

Lăgăruirea se face tot cu rulment YRT120, rulment de constructive dedicate pentru mese rotative.

Mecanismul de antrenare însă este compus dintr-un amgrenaj melcat DUPLEX compus dintr-o roată melcată și doi melci dispuși diametral opusi, după cum se vede în fig. 2.35.

Acest lucru face ca cei doi melci să aibe sensuri de rotație opuse. Între cei doi melci se folosește o transmisie cu curea dințată sincronă. Necesitatea schimbării sensului de rotație a făcut să se aleagă o curea TWIN POWER BELT și un traseu a acesteia care să permită ca un melc să fie antrenat cu dantura de pe o parte a curelei, iar celălalt melc cu dantura de pe cealaltă parte a curelei, după cum se vede în fig.2.36.

Fig.2.35 Angrenaj melcat DUPLEX sincron

Fig.2.36 Traseul curelei de antrenare

Dimensionarea curelei s-a făcut online de către firma GATES BELT, rezultatele fiind date în fig.2.37 (valorile fiind asigurate doar pentru curelele furnizate de ei)

Curelele dințate atât cea de la mecanismul de basculare cât și cea de la mecanismul de rotire sunt tensiomate cu dispozitivele de întindere cu excentric ilustrate în fig.2.38 și 2.39

Fig.2.37 Parametri curelei și a roților de curea

Fig.2.38 Dispozitiv de întindere 1250-90.000

Fig.2.39 Dispozitiv de întindere 1250-80.000

Dispozitivul de întindere 1250-90.000 se utilizează la cureaua de la mecanismul de basculare și tensionează cureaua apăsând pe spatele acesteia, iar dispozitivul 1250-80.000 este utilizat la tensionarea curelei în cazul în care apăsarea are loc în zona danturată a curelei.

Lăgăruirea rolelor se face folosind rulmenți NKIB 5906 combinați radiali cu ace și radiali-axiali în ambele sensuri cu bile (fig.2.40). În tabelul 2.5 sunt date caractelisticile acestui rulment.ozitiv de întindere 1250-80.000

Fig.2.40 Dispozitiv de întindere 1250-80.000

Tabelul 2.5

Blocarea axei de rotație la platou se face prin apăsarea membranei elastic pe placa de închidere (fig.2.41) de catre pistonasele corespunzătoare.

Fig.2.41 Mecanismul de blocare a mesei

Membrane elestică este confecționată din același material ca cea de la subansamblurile basculare.pistonașele sunt de asemenea identice.

Poziția mesei va fi controlată de același tip de traductor amplsat după cum se vede în fig. 2.42.

Fig.2.42 Poziționarea traductorului unghiular

Carcasa subansamblului masa rotativă este de asemenea o constructive sudată care după detensionarea obligatorie necesară structurilor sudate se prelucrează pe centre cu comanda numerică. În fig. 2.43 este prezentată carcasa mesei rotative, iar în fig.2.44 secțiuni prin aceasta.

Fig.2.43 Carcasa subansamblului mesă rotativă

Fig.2.44 Carcasa subansamblului mesă rotativă

a-secțiune longitudinală; b-secțiune transversală

Materialul carcasei este de asemenea din OL52 pentru a avea o rigiditate sporită în funcționare.

Zonele în care se găsesc transmisiile cu curele dințate sunt protejate cu capace atât datorită condițiilor de siguranță și protecție a muncii ce trebuiesc asigurate cât si pentru a proteja zona de impurități și obiecte ce ar putea deteriora atât cureaua cât și dantura roților.

De asemenea trebuiesc protejați și traductorii atât cel de la suportul lateral stânga cât sic el de la masa rotativă.

Placa de bază (fig 2.45) trebuie săfie rigidă pentru că pe ea sunt prinși suporții laterali.

Este o construcție sudată cu o treaptă în forma de „C”. Aceasta este realizată pentru a avea o nișă în care să fie amplasată transmisia sincronă cu curea de la un subansamblu suport la celălalt.

Suprafețele superioară și inferioară sunt rectificate pentru a li se asigura condiția de paralelism și planeitate

Sunt aplicate, după cum se observă în fig.2.45, orificii de trecere pentru arborele melcatcu roata dințată de curea asamblată.

De asemenea tot pe suprafața superioară se execută prelicrări in vederea asigurării posibilității montării servomotorului de basculare.

Fig.2.45 Placa de bază. Vedere partea superioară

Frezările din partea interioară (fig 2.46) a plăcii de bază se realizează pentru a avea o suprafață de așezare pentru dispozitivele de întindere.

Fig.2.46 Placa de bază. Vedere partea superioară

3. proiectatea instalației hidraulice

Blocarea axelor mesei rotobasculante se face după cum s-a prezentat anterior cu ajutorul unei membrane elastic, fixate pe elemental care realizează mișcarea de rotație, care intră în contact cu copul fix al carcasei sub acțiunea pistonaselor.

Avându-se în considerare faptul ca momentul pentru care este dimensionată masa esre:

Ms=432Nm

Forța de apăsare trebuie dimensiomată în așa fel încât momentul rezistent Mf dat de forța de frecare Ff dintre membramă și carcasă să fie cel puțin egal cu Ms. deci condiția de echilibru este:

unde µ-coeficientul de frecare uscată dintre membrane și corpul mesei.

µ=0,3 (pentru suprafețe uscate și curate)

F-forța de apăsare a pistonașelor

S-suprafața totală a pistpnașelor

rp-raza pistonașelor

n-numărul pistonașelor

n=8

Rp-raza de dispinere a pistonașelor

Rp=120 [mm]

Datorită faptului că blocarea la basculare este realizată de 16 pistonașe, iar la masa rotativa de 8, calculul se va face pentru blocarea mesei.

S=0,0025m2

p=4800000 [pa]

p=48 [bar]

Se va adopta o presiune

pefectiv=60 [bar]

Cilindrii hidraulici ce crează forța de apăsare pe membrane sunt compuse din corpul cilindrilor, realizați în carcasa mesei, și pistonașele hidraulice de construcție prezentată la capitolul anterior.

Schema hidraulică de acționare este prezentată în fig.3.1.

După cum se vede în schema hidraulică cilindrii sunt cu simplă acțțiune, rolul arcurilor de revenire, fiind luat de membrane elastică. În schema traseul de presiune este colorat cu roșu, iar traseul de retur (legătura la rezervor) este colorată cu albastru. Cu culoarea verde este trasată legărura dintre electrovalve și cilindri hidraulici, și aceasta pentru că pe acest traseu alternează existent și lipsa presiunii.

Fig.3.1 Schema instalației hidraulice de blocare a axelor

Pentru a satisfice condițiile de funcționare s-au ales electrovalve cu trei prize (două de intrare și una de ieșire). Blocarea fiecărei axe de rotație se face cu câte un electrovalve, astfel sunt necesare 2 electrovalve.

În timpul funcționării normale (cu ambele axe de rotație simultan) axele sunt neblocate deci traseul de presiune este închis, cinindrii fiind legați la rezervor. În cazul în care este necesară blocarea unei axe de rotație electrovalva corespunzătoare este acționat și se deschide traseul presiune-cilindru, închizându-se traseul cilindru-rezervor.

Desenul instalației hidraulice este ptezentat în fig.3.2

Electrovalvele utilizate sunt de producție BOSCH, codul acestui tip de electrovalve este M-3 SED6 CK-1X_350 C G24 N9.

Electrovalva se poate vedea în figura 3.3, iar caracteristica căderii de presiune funcție de debit în fig.3.4.

Fig.3.2 Instalația hidraulică

Fig.3.3 Electrovalva M-3 SED6 CK-1X_350 C G24 N9

Fig.3.4 caracteristica Δp-q

Pentru a se verifica dimensionarea instalației hidraulice se ca verifica timpul de răspuns la comanda de blocare. Se pornește de la debitul maxim ce poate fi circulat prin electrovalvele DN6.

Qmax=25[l/min]

Acest debit egal cu debitul la cilindrii de blocare.

Se ia în considerare cazul cel mai dezavantajos și anume blocarea axei de basculare, caz în care sunt acționate 16 pistonașe.

Vp-volumul de ulei corespunzător unei curse a pistonașului

Sp-suprafața pistonașului

l-cursa pistonașului

l=0,5[mm]

Vp=0,00016[l]

t=0,006[s]

Acest timp de reactive satisfice cerințele de funcționare a mesei roto-basculante.

Pentru o a avea un răspuns promt la comanda elevtrovalvelor ecestea trebuiesc amplasate cât mai aproape de eementul efector (în acest caz cilindri hidraulici). De asemenea avându-se în vedere faptul că blocarea axei de basculare se face bilateral, traseele conductelor până la cei doi suporți trebuie sa fie egală.

Pentru a îndeplini aceste condiții, și pentru a duce doar doua trasee (unul de presiune și unul de retur) electrovalvele se vor amplasa pe masa rotobasculentă.

Fig.3.5 Placa hidraulică

Acestea vor fi montate pe o placă hidraulică (fig.3.5) la care vor fi racordate conductele.

Traseele la suporții laterali se vot face cu tevi hidraulice DN6 pozate în așa fel încât să

Pentru a permite mișcarea de basculare traseul hidraulic la masa rotativă se va face cu furtun DN6 care să reziste la 250bar.

Masa roto-basculantă va fi cuplată (hidraulic) cu mașina unealtă utilizându-se de asemenea furtune de presiune. Acest luctu se face pentru a putea regla masa pe plaleta centrului de prelucrare și asta pentru că masa este detașabilă.

Pentru o ușoară și rapidă montare și cuplare a mesei se utilizează pentru instalația hidraulică cuple rapide (fig.3.6), iar pentru instalația electrică cuple multifilare.

Fig.3.5 Cuplă rapidă

Utilizarea cuplelor rapide su supape, în cazul instalației hidraulice, are si avantajul că împiedică scurgerea de ulei la demontarea mesei.

4. calcule de verificare cu metoda elementului finit a mesei cu 2 axe CNC

Pentru verificarea FEM a elementelor (repere, subansambluri) solicitate, s-a utilizat pachetul de programe COMSOL MULTIPHYSICS

Acesta este un pachet de programe utilizat pentru simularea proceselor fizice care pot fi descrise cu ajutorul unui sistem de ecuații diferențiale. Solverele pachetului de programe permit rezolvarea unor probleme dificile rapid si corect. Ecuațiile programului pot fi modificate pentru a permite rezolvarea unor aplicații mai complexe

În cazul de față s-a folosit Structural Mechanics Module. Acest modul este specializat în analiza componentelor și subsistemelor în care este necesară analiza deformațiilor structurale. Se pot modela geometrii foarte variate, forme plate, dar și bare foarte lungi.

Import Module a fost utilizat pentru importul modelelor 3D CAD în vederea analizei lor.

4.1 Verificarea carcasei mesei rotative

Bosajele subansamblului carcasă masă sunt solicitate la torsiune prin intermediul lor realizându-se transmiterea momentului de basculare. Zona periculoasă este zona în care bosajul este sudat de corpul carcasei fig.4.1.

Pentru a se ușura calculul se va considera că carcasa mesei este simetrică.

La calculele de verificare se va folosi în acest caz doar jumătate doar momentul de torsiune.

Ms=432 [Nm]

Mc-momentul de torsiune folosit la calculele de verificare

Mc=216[Nm]

Fig.4.1 Secțiune periculoasă

În fig.4.2-4.5 sunt prezentate rezultatele raportării în urma analizei cu element finit.

Fig.4.2 Modelul 3D verificat

Fig.4.3 Discretizarea cu elemente solide modelului 3D

Fig.4.4 Evaluarea tensiunilor la înbimarea sudată

Fig.4.5 Evaluarea deformațiilor la înbimarea sudată

Solicitarea maxima este de 18 Mpa, adică 180daN/cm2. Sigma admisibila la forfecare pentru asamblări sudate în elemente de constricții este:

τas=1100daN/cm2

Deci subansamblul sudat rezistă, chiar are un coeficient de siguranță c=6.

Deformația este neglijabilă.

4.2 Verificarea angrenajului melcat

Solicitarea critică la amgrenajul melcat este solicitarea de contact.

Verificarea s-a făcut la un moment de torsiune

Mc=216[Nm]

Aceasta datorită distribuției încărcării pe cei doi melci.

În fig.4.6-4.11 sunt prezentate rezultatele raportării în urma analizei cu element finit.

Fig.4.6 Modelul 3D verificat

Fig.4.7 Discretizarea cu elemente solide modelului 3D

Fig.4.8 Evaluarea tensiunilor

Fig.4.9 Evaluarea deformațiilor

Fig.4.10 Evaluarea tensiunilor. Secțiune prin angrenare

Fig.4.11 Variația tensiunilor printr-un dinte

Solicitarea maxima este de 170 Mpa.

Rezistrnța admisibila la rupere pentru bronzurile utilizate la roți melcate este :

σar=600 Mpa

Coeficientul de siguranță existent în acest caz este c=3,5.

Deformația este neglijabilă.

4.3 Verificarea membranei de blocare.

Membranea de blocare a axelor mesei roto-basculante este solicitată atât normal (în scopul asigurării unei presiuni ce să înpiedice alunecarea) cât și tangential (datorată momentului maxim creat de forțele de așchiere). În primul caz deformația este limitată de disăanța dintre membrană și suprafața conjugate, iar tensiunea la care este supusă este dată de efortul necesar realizării acestei deformatii.

La calculele de verificare s-a folosit în acest caz valoarea momentului de torsiune total dat de fortele de așchiere.

Ms=432 [Nm]

Verificarea s-a făcut pentru blocarea axei dr rotație axa de basculare având două membrane de blocare.

În fig.4.12-4.14 sunt prezentate rezultatele raportării în urma analizei cu element finit.

Fig.4.12 Modelul 3D verificat

Fig.4.13 Evaluarea tensiunilor

Fig.4.14 Evaluarea deformațiilor

Solicitarea maxima este de 1400 Mpa adică 140daN/cm2.

Tensiunea maximă admisibilă la torsiune pentru oțrul arc utilizat este:

τa=9000 daN/cm2

În acest caz coeficientul de siguranță este c=64 deci membrane va funcțioma în condiții foarte bune.

Din punct de vedere al rezistenței se putea utiliza grosime mai mica a membrane, dar s-a ales această soluție pentru a avea o viteză de retragere a pistonașelor mai mare.

Deformația membranei sub acțiunea pistonașelor este voalată permițând o deformație mai mare sub acțiunea momentului de torsiune. Cu toate acestea deformația este neglijabilă.

5. estimări privind activitățile ulterioare în vederea realizării obiectivelor tezei

După finalizarea proiectării și mesei roto-basculante RTT-5 desenele de ansamblu și cele de execuție au fost trimise partenerului de contract de cercetare, “EMSIL TECHTRANS” SRL, în vederea uzinării peperelor și montării ansamblului masă roto-basculantă.

Masa se ba adduce la “UNIVERSITATEA DIN ORADEA” și se va implement ape centrul de prelucrare orizontal TMA-AL 550.

Se vor face verificări geometrice și dimanice folosind echipamentul de măsurare cu laser și echipamentul ballbar test. De asemenea se vor face masurări de zgomote.

În urma verificărilor se vor face modificările necesare (dacă sunt) în vederea optimizării funcionării mesei roto-basculante.

După ce s-au realizat toate modificările necesare integrează masa roto-basculantă în centrul de prelucrare.

Se vor face cercetări studiind comportamentul în funcționare a mesei funcție de încărcarea melcilor angrenajului melcat DUPLEX.

bibliografie

Ganea M., – Marirea rigiditatii cu mecanisme de avans paralele la axele CNC ale masinilor unelte, CMTR2001, Univ. Tehnica a Moldovei, Chisinau, 2001, Rep. Moldova

Ganea, C. – Contributii privind prelucrarea suprefetelor spatiale in 4 si 5 axe CNC, Teza de doctorat, Universitatea Tehnica Cluj-Napoca, iulie 2003.

Ganea, M., Ungur, E. – Feed mechanism with double pinion – rack for linear axes at machine tools, Scientific Conference, University of Oradea 2004

Gavril Gerbenișan – MATLAB în Ingineria Mecanică, Ed. Universitații din Oradea, ISBN 973-613-283-8, 2003.

Gavril Gerbenișan – Metode Numerice: Aplicații în MATLAB, Ed. Universitații din Oradea, ISBN 973-613-617-5, 2004.

Grama Lucian – Tehnologii de Fabricație în Construcția de Mașini: prelucrări clasice prin așchiere, prelucrări neconvenționale, Ed. Veritas 1998, ISBN 9739735746

Grama Lucian – Tehnologii Electrofizice și Mecanice cu Energie Concentrată, Ed. Universității Petru Maior-Târgul Mureș, 2004, ISBN 9737794052

Hirțe Dorin, Pop Mircea Teodor, Meszaros Csaba, Acționarea motoarelor de curent continuu în scopul de a obține turații variabile la putere constantă – Analele Universității din Oradea, Fascicola Managenent și Inginerie Tehnologică, 2005. VOLUMUL IV (XIV), 2005 ISSN 1583 – 0691. Oradea MAI 26 – 28 2005.

Hirțe Dorin, Ioan Mihăilă, Macedon Ganea, Marius Nica, Gheorghe Donca, Mecanisme de avans paralel implementate în sisteme flexibile de fabricație, în Analele Universității din Oradea. Fascicola Managenent și Inginerie Tehnologică, 2006. VOLUMUL V (XV), ISSN 1583 – 0691, Oradea MAI 26 – 28 2006.

Hirțe Dorin, Macedon Ganea, Marius Nica, Gheorghe Donca, Problematica constructivă a mecanismelor de avans paralelele pentru curse lungi și viteze mari la roboți monorail, în Analele Universității din Oradea. Fascicola Managenent și Inginerie Tehnologică, 2006. VOLUMUL V (XV), ISSN 1583 – 0691, Oradea MAI 26 – 28 2006.

Ioan V. Mihăilă – Tehnologii neconvenționale, Ediția II, Ed. Universității din Oradea, ISBN 973-613-400-8, 2003,

Ioan V. Mihăilă, Mircea I. Mihăilă, Ștefan V. Mihăilă – Tehnologia construcțiilor de mașini, Vol. II, Ed. Universității din Oradea, ISBN 973-613-761-9, 2005,

I. Mihaila, O. GANEA, I. Horge – About the tehchnlogical aspects at the five axes machining of the prismatical parts, Ses. de comunicari st., Oradea, 2007.

M. Ganea, I. Mihaila, C. Ganea, O. GANEA – Prelucrarea flexibila a pieselor prismatice pe mașini unelte și sisteme flexibile de producție, Vol. I, Modulul de baza si organologia specifică mașinilor unelte din categoria flexibilă, Ed. Universitatea din Oradea, ISBN 973-8083-96-6, 2000.

M. Ganea, I. Mihaila, I. Horge, O. GANEA, A. Albu – About the evolution of the five axes machining in the last 30 years, Ses. de com stiintifice, Oradea, 2007;

O. GANEA – Cercetari privind utilizarea mecanismelor de avans paralele la mese rotative-basculante, Proiect de contract de cercetare in cadrul pregatirii de doctorat, Univ. din Oradea, Fac. IMT, sept 2007.

O. GANEA – Examen nr. 1 in cadrul pregatirii de doctorat – Material rezumativ: Masini Unelte si Sisteme Flexibile si Aplicatiile lor in Inginerie Industriala, Univ. din Oradea, Fac. IMT, februarie 2007.

O. GANEA – Examen nr. 2 in cadrul pregatirii de doctorat – Material rezumativ: Tehnologii si Echipamente Moderne in Ingineria Industriala, Univ. din Oradea, Fac. IMT, februarie 2007.

O. GANEA – Examen nr. 3 in cadrul pregatirii de doctorat – Material rezumativ: : Masini si Echip. Tehnologice pt Prelucrarea in 5 axe CNC. Elem. de Inteligenta Artif. in Robotica, Univ. din Oradea, Fac. IMT, iunie 2007.

O. GANEA – Examen nr. 4 in cadrul pregatirii de doctorat – Material rezumativ: Materiale si Tehnologii Neconventionale. Metode Moderne de Prelucrare CNC a Pieselor Prismatice, Univ. din Oradea, Fac. IMT, iunie 2007.

O. GANEA, I. Mihaila, I. Horge – Constructive and technological possibilities of five axes machining with rotary/tilting table, Ses. de comunicari st. Oradea 2007;

O. GANEA, I. Horge, M. Ganea, I. Mihaila – About the feed mechanism for the rotary movements as CNC axes at machine tools, Ses. de comunicari st, Tg. Mures, noiembrie 2007.

J.F. Cuttino, D.D. Newman, J.K. GershensonY, and D.E. Schinstock., A Structured Method For The Classification And Selection Of Actuators For Space Deployment Mechanism, Journal of Engineering Design, Volume 11, Number 1, March, 2000

Alan J. Kalameja – SolidWorks 2012 Tutor, Cengage Learning, 2012.

Alămoreanu, E., Buzdugan Gh., Iliescu, N. Mincă, I., Sandu, M., 1996, Indrumar de calcul în ingineria mecanică, Editura Tehnică, ISBN 973-31- 0971-1, București.

Amza Gh., Dumitru, M. G., Rândașu O. V., Amza, C., 2003, Tratat de tehnologia materialelor. Editura Academiei Române, ISBN 973-27-0910-3, București.

Apro, K. – Secrets of 5-Axis machining, , ISBN 978-0-8311-3375, Industrial Press, New York, 2008.

Bathe K.-J. and Wilson E. L. – Numerical Methods in Finite Element Analysis, Prentice-Hall, Inc., 1976

Blumenfeld, M., Introducere în metoda elementelor finite, București, Ed. Tehnică, 1997.

Cecil, J., 2001, Computer aided fixture design – a review and future trends. International Journal of Advanced Manufacturing Tehnology.

Childs, P. R. N. – Mechanical design. London, Arnold Publishers, 1998

Chirică, I., Analiză cu Elemente Finite în Ingineria Structurilor, Ed. Fundației Universitare „Dunărea de Jos”, Galați, 2001.

Chung, A. Ch., 2004, Simulation, Modeling. Handbook. A Practical Approach. Industrial and manufacturing engineering series. CRC Press LLC, ISBN 0-8493-1241-8, Boca Raton London, New York Washington.

Costea, A., Rachieru, N., 2005, Flexibilitatea si performanțele echipamentelor de prelucrare. Optimizarea proiectării dispozitivelor. Editura Bren, ISBN 973-648-391-6, București.

Diaconescu, D. Designul conceptual al produselor. Brașov, Editura Universității Transilvania, 2005.

Dowling, N. E. Mehanical Behavior of Materials. Engineering Methods for Deformation, Fracture and Fatigue. New Jersey, Prentice Hall Publishers, 2007.

Drăghici, G., 1999, Ingineria integrată a produselor. Editura Eurobit, ISBN 973-96065-7-1, Timișoara.

Drăghici, G., 2005, Concepția proceselor de prelucrare mecanică. Editura Politehnica, ISBN 973-625- 224-8, Timișoara.

Drăghici, G., Drăghici, A., 2009, Collaborative product development in PLM multi-site platform. Proceedings of the 1st International Conference on Manufacturing Engineering Quality and Production Systems – MEQAPS '09, Volume II, ISSN: 1790-2769, Transilvania University of Brasov.

Dumitrascu , A. Oprea, E., Boricean D., – Simularea și analiza folosind prototipul virtual, Qual Media, Cluj Napoca, 2010.

Dumitrascu, A., Oprea, E., Manole, G., – Integrarea etapelor de dezvoltare, colaborarea in intreprinderea virtuala si managementul documentatiei tehnice despre produs, Qual Media, Cluj Napoca, 2010.

Erik Oberg, Franklin Day Jones, Holbrook Lynedon Horton, Henry H. Ryffel – Machinery's Handbook, Industrial Press, 2004.

Fagan, M. J. Finite Element Analysis. Theory and Practice. Longman Singapore Publishers, Australia, 2002.

Filipoiu, D. I., Ranca, C., 2009, Managementul proiectelor de cercetare-dezvoltare si inovare a produselor, Editura Politehnica Press, ISBN 978-606-515-050-8, București.

Frandos S. , Robe Maria – Mecatronica , Editura economica Preuniversitaria 2006

Gafițanu, M. ș.a. – Elemente finite și de frontieră cu aplicații la calculul organelor de mașini,

Ganea, C. – Contributii privind prelucrarea suprafetelor curbe spatiale in 4 si 5 axe CNC, teza de doctorat, Cluj Napoca, 2003.

Ganea, M. – Masini si Echipamente pt prelucrarea in 4 si 5 axe CNC, ISBN 978-606-10-0041-8, Ed. Univ. din Oradea, 2010.

Ganea, M., Mihaila, I., HORGE, I., Ganea, O., Albu, A., 2007, About the evolution of the five axes machining in the last 30 years, Ses. de com stiintifice, Univ. din Oradea, Oradea.

Ganea, O., Mihaila, I., HORGE, I., 2007, Constructive and technological possibilities of five axes machining with rotary/tilting table, Ses. de com. st,. Univ.din Oradea, Oradea

Gavrilescu, I, Boazu, D., Analiza cu elemente finite. Implementare. Calcul numeric, Ed. Europlus, Galati, 2006.

Geoff Williams – CNC Robotics,MacGrawHill New York, 2003

Ghionea, I., 2009, Modelarea parametrizată a familiilor de piese cu ajutorul regulilor. Revista Tehnică și Tehnologie, nr. 4/2009, Editura Tehnic Media, ISSN 1453-8423, București, pp. 50-52.

Giard V., 2001, Gestion de Projet, Ed. Economica, Paris.

Greg Jankowski – Solidworks for Dummies, Yankee Clipper Books, Windsor, CT, USA, 2005.

Iosip, M., Oprea, E., Boricean D., – Realizarea fabricatiei digitale a produselor folosind prototipul virtual, Qual Media, Cluj Napoca, 2010.

Ispas, C., Gerard, A., Zapciu, M., Cahuc O., 2003, Techniques avancees dans ingenierie. MSE, Sibiu.

James Valentino, Joseph Goldenberg – Introduction to Computer Numerical Control, Prentice Hall, 1993.

Jula, A. ș.a. Organe de mașini, vol.I. Universitatea din Brașov, 1986.

Jula, A. ș.a. Organe de mașini, vol.II. Universitatea din Brașov, 1989.

Kief, B., H., 2001/02, NC/CNC Handbuch. Carl Hanser Verlag Wien, ISBN 3-446-21756-8, ISSN 0940- 015 X, Germany.

Klaus-Jurgen Bathe – Finite Element Procedures, Prentice Hall, 1995.

Krzysztof Marciniak – Geometric modeling for numerically controlled machining, Oxford University Press, 1991.

Matek, W. ș.a. Maschinenelemente. Wiesbaden, Vieweg Verlag, 2000.

Neagu, C., Melnic, L., Roșu, M. M., 2002, Managementul operațional al proiectelor, Editura Bren, ISBN 973-648-096-8, București.

Peter J. Amic – Computer Numerical Control Programming, Prentice Hall; 1996

Peter Smid – Cnc Programming Handbook, Industrial Press Inc., 2003.

Trifu A.- Electronica digitala , Editura economica Preuniversitaria 2000

Ungureanu, N., Duval, P., Mocan, L. M., Tăucean, M. I., 2010, Logistica activităților de mentenanță. Editura Universității de Nord din Baia Mare, ISBN 978-606-536-074-7.

Vickers, G.W. – Numerically controlled machine tools, University of Victoria, Canada

Vișan, A., Ionescu, N., 2006, Toleranțe. Bazele proiectării și prescrierii preciziei produselor. Editura Bren, ISBN 973-648-280-4, București.

Vlase, A., Neagu, C., Sturzu, A. Stăncescu, C., 2005, Tehnologii de prelucrare pe mașini de frezat. Ediția a 2-a, Editura Bren, ISBN 973-648-617-6, București.

*** – Renishaw, catalog, SUA, 2008.

www.heidenhain.de

www.gefanuc.it

www.mandelli.it

www.mazakitalia.it

www.pama.it

www.moriseiki.uk

www.huron.it

www.mikron-ac.com

www.makino.de

www.fidia.it

www.mcmspa.it

www.mecofspa.it

www.omlat.com

www.renishaw.com

www.siemens.com