STUDIUL DE FUNDAMENTARE TEHNICĂ A TEMEI DE PROIECT [303661]

STUDIUL DE FUNDAMENTARE TEHNICĂ A [anonimizat]. Suprafețele ce se pot prelucra. [anonimizat]-[anonimizat], aceasta fiind legată de echipamentul numeric de comandă cu ajutorul echipamentului electric. Strungul este o mașină-[anonimizat],de rotunjire etc. prin așchiere. [anonimizat]. [anonimizat], sau a [anonimizat] a acestuia. [anonimizat] a uneltei (sculei), în comparație cu alte prelucrări prin așchiere. Operația de așchiere se obține prin funcționarea continuă a sculei, reprezentată de un cuțit de strung. [anonimizat] o [anonimizat], oblică, [anonimizat] ([anonimizat]), iar mișcarea de rotație este efectuată de piesă.

[anonimizat], [anonimizat], elementele de dispozitive și de verificatoare sunt în esență corpuri solide determinate în spațiu de un număr de suprafețe ce se află într-o anumită combinație. Oricare dintre suprafețele componente ale pieselor se caracterizează printr-o formă geometrică specifică; [anonimizat]-un anumit grad de netezire (rugozitate); [anonimizat], coaxialitatea, excentricitatea. Aceste patru grupe de caracteristici constituie condițiile tehnice de generare a [anonimizat], dispoziția si calitatea suprafețelor componente ale unei piese.

[anonimizat] a suprafețelor. [anonimizat], având în vedere asamblarea si funcționarea corectă a construcției. Condițiile de formă stabilesc configurația geometrică teoretică pe care o suprafață trebuie sa o aibă și abaterile de formă admise de la forma geometrică nominală.

Precizia geometrică a unei suprafețe este dată de mărimea urmatoarelor tipuri de abateri:

-abaterea de la cilindricitate a suprafețelor cilindrice dată de ovalitate sau poligonalitate;

-abaterea de la cilindricitate a [anonimizat], forma de șa sau forma curbată. Precizia poziției relative a suprafețelor este dată concret de urmatoarele tipuri de abateri: [anonimizat], [anonimizat] a [anonimizat] a unei suprafețe. Condițiile de calitate a [anonimizat]tenței la uzură, la coroziune.

Strungurile paralele se caracterizează prin poziția arborelui principal, care este orizontală și prin multitudinea de lucrări universale pe care le poate executa. În această categorie avem strungurile mici, ele prelucrând piese cu diametrul maxim de strunjit poziționat deasupra patului sub 25 mm și cu distanța între vârfuri L (450-600 mm), dar și strunguri mijlocii cu cuprins intre 250-800 mm, iar L până la 12 000 mm sau peste această valoare. Un strung paralel are aptitudinea de a prelucra piese lungi sau scurte, din semifabricate individuale sau din bară, dintr-o prindere, sau din mai multe. Pe acesta se pot prelucra piese complicate integral la un strung, sau pe mai multe mașini treptat, în mai multe operații în flux tehnologic.

Acest tip de strunguri, mai exact cele paralele sunt încadrate pentru efectuarea unei varietăți mari de prelucrări atât interioare, cât si exterioare. Prin strunjire se pot prelucra suprafețe plane, suprafețe de rotație exterioare, dar și interioare. Aceste strunguri sunt destinate pentru prelucrarea automată in serie mică sau mijlocie a pieselor de revoluție. În cadrul lor se execută operații de strunjire pentru piese cu profile de formă cilindrică, curbilinie și conică. Realizarea unei suprafețe plane efectuată prin strunjire este posibilă dacă mișcarea principală de așchiere folosită este cea de rotație si mișcarea de avans transversal este reprezentată de mișcarea de translație. Pentru suprafețele plane ale pieselor cu diametru mic se pot folosi strunguri paralele (normale) sau strunguri revolver, iar pentru suprafețele ale pieselor cu diametru mare și înalțime mică se pot folosi strunguri carusel sau strunguri frontale.

În efectuarea unei suprafețe plane se respectă două etape: degroșare și finisare, etape în care sunt folosite anumite scule si regimuri de așchiere adecvate. Suprafețele plane prelucrate pe strunguri paralele sunt fie suprafețe de capăt (frontale), fie suprafețe laterale ale treptelor arborilor (fig.1.1). În cazul prelucrării suprafețelor de capăt cu prinderea pieselor între vârfuri, capătul piesei căruia urmeaza să i se strunjească suprafața frontală se va strunji intr-un varf de construcție specială, prevăzut cu teșitură, astfel permițându-i accesul cuțitului până la apropierea axei (fig.2.1).

Fig.1.1 Generarea suprafeței plane Fig.1.2 Prelucrarea suprafețelor de capăt

Pentru prelucrarea suprafețelor de rotație exterioare prin strunjire se realizează următoarele operații: degroșare, semifinisare și finisare.

Strunjirea de degroșare a arborilor se poate realiza din una sau mai multe treceri, cu unul sau mai multe cuțite, în funcție de forma arborelui, lungimea sa si mărimea adaosului de prelucrare. La strunjirea de degroșare se indepărtează cea mai mare parte a adaosului de prelucrare, astfel, în funcție de tipul arborelui, sunt posibile mai multe scheme de așchiere, cum ar fi:

-prelucrarea arborilor in trepte cu un singur cuțit ;

-prelucrarea arborilor netezi cu mai multe cuțite prin divizarea adaosului de prelucrare in lungime ;

-prelucrarea arborilor netezi cu mai multe cuțite, prin divizarea adaosului in adâncime.

Pe strungurile paralele (normale) se pot prelucra următoarele tipuri de piese:

1. Piese de tip bucșe – cămăși de cilindru, inele și rulmenți;

2. Piese de tip disc – volanți, roți dințate, roți de rulare de la podurile rulante și vagoane, tamburi de frână;

3. Piese de tip arbore.

În figurile următoare putem observa câteva scheme tipice de bazare,fixare și prelucrare pe strungul paralel.

Fig.1.3 În universal cu trei bacuri Fig.1.4 În universal cu trei bacuri și vârf

Fig.1.5 Între vârfuri cu inimă de antrenare

Fig.1.6 Între vârfuri cu știft de antrenare și lunetă fixă

În următoarele două figuri avem prezentate câteva piese de tip arbore:

Fig.1.7 Fig.1.8

Piesele ce pot fi prelucrate pe strungurile paralele CNC SN 400 au următoarele caracteristici:

-Diametrul maxim de prelucrare: 400mm;

-Inălțimea: 3300mm;

-Lățimea: 1700mm;

-Greutatea aproximativă fără echipament electric și hidraulic : 4000-5000 kg;

Suprafețele componente ale unei piese se pot prezenta sub diferite

8 forme din punct de vedere geometric și sub diferite aspecte din punct de vedere tehnologic al rugozității acestora. În figura 1.9 sunt reprezentate piese care posedă una sau mai multe suprafețe distincte: arborele canelat conține suprafețe plane, cilindrice si conice.

Fig.1.9 Arbore canelat

Foarte multe piese din construcția de mașini au ca suprafețe componente, suprafețe geometrice simple: plane, cilindrice, conice, elicoidale, evolventice etc, ele fiind întâlnite cu precădere la arborii drepți (figura 1.9).

Fig.1.10 Arbore drept

Prin operații de strunjire se pot prelucra:

-suprafețe cilindrice și conice (exterioare și interioare);

-suprafețe frontale;

-filete;

-alte forme de suprafețe de revolutie (sferice, profilate);

-suprafețe care nu sunt de revoluție( excentrice, came, suprafețe detalonate etc.).

Fig. 1.11 Prelucrarea unor suprafețe cilindrice exterioare

Fig. 1.12 Prelucrarea unei suprafețe cilindrică exterioară

Strunjirea suprafetelor conice presupune realizarea generatoarei conului neparalela cu axa de rotatie a piesei in miscarea principala. Acest lucru se poate realiza prin mai multe metode si anume:

– prin rotirea saniei port-cutit;

– prin deplasarea transversala a varfului papusii mobile;

– cu ajutorul unui cutit lat;

– cu ajutorul dispozitivului de strunjit conic.

Fig. 1.13 Prelucrarea unor suprafețe conice

Fig. 1.14 Strunjirea suprafeței plane frontale

Fig. 1.15 Strunjirea suprafețelor profilate

Fig. 1.16 Strunjire suprafețe conice prin copiere

Oricare ar fi însă piesa și forma sa, ea este determinată de forma suprafețelor componente, acestea având roluri funcționale bine stabilite. În majoritatea cazurilor, rolul funcțional al unei suprafețe impune o anumită formă geometrică, care trebuie realizată cât mai apropiată de forma teoretică.

Suprafețele componente ale unei piese se pot prezenta sub diferite forme din punct de vedere geometric și sub diferite aspecte din punct de vedere tehnologic al rugozității acestora.

Cauzele determinante ale diversității de combinații între formele suprafețelor unei piese și rugozitatea acestora rezidă în scopul funcțional al lor în raport cu mediul sau suprafețele altor piese cu care vin în contact, în poziția și starea de funcționare.

Forma și scopul funcțional al suprafețelor componente ale unei piese au o deosebită importanță pentru construcția de mașini-unelte, deoarece totalitatea suprafețelor piesei în majoritatea cazurilor nu poate fi obținută pe un același tip de mașină-unealtă, printr-un singur procedeu de generare (prelucrare), așa cum se pot obține unele piese prin turnare, forjare, laminare, presare ; sunt necesare mașini-unelte diferite, specializate în prelucrarea anumitor forme de suprafețe (plane, cilindrice, elicoidale, evolventice etc.) de diferite dimensiuni.

Condiții tehnice de prelucrare:

În majoritatea cazurilor atât la strunjirile de degroșare cât și la finisare ,adaosul de prelucrare se îndepărtează într-o singură trecere deoarece în construcția de mașini actualmente se lucrează cu adaosuri relative mici.

Pentru adaosuri de prelucrare simetrice adâncimea de așchiere la strunjire se determină cu relația:

T= 2Ac/2 [mm] (1.1)

unde :

2Ac – adaosul de prelucrare pe diametrul pentru prelucrarea respectivă

În cazul prelucrării prin strunjire valoarea avansului depinde de:

-Rezistența cuțitului strungului;

-Prin rezistența placuțelor din carburi metalice;

-Eforturi admise de mecanismele de avans ale strungului;

-Rigiditatea piesei de prelucrat ale strungului si ale dispozitivelor;

-Precizia prescrisă a piesei;

-Calitatea prescrisă suprafeței prelucrate;

Rigiditatea sistemului tehnologic influențează alegerea avansului atât în cazul strunjirii de degroșare cât și cea de finisare.Alegerea avansului se face în funcție de: materialul și dimensiunea piesei, materialul părții așchietoare a sculei și mărimea adâncimii de așchiere.

Analiza comparativă a variantelor similare de MU realizate de către diferite firme. Avantaje/ dezavantaje. Performanțe de catalog.

Mazak Quick Turn Nexus 200-II MSY

Fig. 1.17

Tabel 1.1

Mazak Quick Turn Nexus 350-II M,

Fig. 1.18

Tabel 1.2

Mazak Quick Turn Nexus 450-II MY

Fig. 1.19

Tabel 1.3

CNC strung ROTURN 400

Fig. 1.20

Tabel 1.4

DL CNC 3000

Fig. 1.21

Tabel 1.5

Okuma Soarer L270E

Fig. 1.22

Tabel 1.6

Analiza comparativă a soluțiilor constructive utilizate de către producătorii de mașini unelte similare. Elemente de structură, lanțuri cinematice, componente.

Principalele subansamble ale unui strung normal (paralel) sunt aceleași din punct de vedere constructiv, indiferent de mărimea piesei care se supune procesului de prelucrare. În următoarea imagine (fig. 1.23) sunt prezentate principalele subansamble ale unui strung normal. El se compune din batiu, prevăzut cu două picioare cu care se sprijină pe fundație, păpusa fixă, în care se găseste cutia de viteze, păpușa mobilă, căruciorul, deasupra căruia se află suportul portcuțit, arborele principal în care se montează universalul.

Fig. 1.23 Părți componente

Batiul este format din două grinzi longitudinale rigidizate cu nervuri, de tip cheson închis prevăzut cu ferestre, este realizat din fontă de turnătorie și are rolul de a susține celălalte părți componente. Batiul strungului este fixat prin intermediul a două picioare și are în partea dreaptă ghidajele căruciorului și cele ale păpușii mobile.

Motorul electric de acționare asigură transmiterea mișcării de rotație la păpușa fixă prin intermediul unei transmisii cu curele trapezoidale. Apoi, mișcarea se va transmite prin roțiile de schimb la cutia de avansuri și filete, la bara de avansuri sau la șurubul conducător și la săniile căruciorului.

În aceasta imagine ( fig. 1.25 ) este prezentată păpușa fixă care are rolul de a antrena semifabricatul în mișcarea de rotație și de a multiplica, prin intermediul cutiei de viteze prevăzută la interior, turația unică a motorului electric în mai multe turații la arborele de ieșire numit arbore principal. Arborele principal asigură fixarea, centrarea și antrenarea semifabricatului, fiind prevăzut cu un sistem de lagăre cu bile stânga și role de rostogolire dreapta care poate prelua atât solicitarea axială cât și pe cea radială și asigură evitarea deformării arborelui la încălzire. Sub cutia de viteze se află mecanismul de filete și avansuri compus din: inversorul de filete și avansuri, lira roților de schimb, cutia de filete și avansuri, șurubul conducător utilizat numai pentru filetare și bara de avansuri.

Fig. 1.25 Păpușa fixă

Căruciorul prezentat in imaginea ( fig. 1.26) are rolul de a susține scula și de a realiza mișcările de avans și de filetare. Acesta se compune din cutia căruciorului, sanie longitudinală, sanie transversală, placă rotitoare, sanie portcuțit și portcuțit. Cutia căruciorului conține mecanismele necesare pentru a prelua mișcarea de rotație de la șurubul conducător sau bara de avansuri tranformând-o într-o mișcare corespunzătoare de avans longitudinal sau transversal. Există și manete de mână care asigură realizarea deplasării manuale a săniilor. Sania portcuțit poate fi deplasată numai manual. Fixarea cuțitului de strung se poate realiza cu ajutorul unui dispozitiv de prindere numit portcuțit care asigură prinderea mai multor scule simultan sau prin intermediul unui alezaj pe dornul de prindere pentru strungul automat de prelucrare. În ( fig. 1.27) este prezentată soluția constructivă a portcuțitului.

Fig. 1.26 Căruciorul strungului paralel

Fig. 1.27 Elementele constructive ale portcuțitului

Păpușa mobilă are rolul de a susține semifabricatele lungi prinse între vârfuri și de a deplasa axial sculele de tipul tarozi, burghie filiere etc. Construcția păpușii mobile este prezentată în ( fig. 1.28 ). Este formată dintr-o pinolă ce se poate deplasa axial prin intermediul unui mecanism șurub-piuliță acționat cu o roată de mână. Pinola este de formă cilindrică având la interior un alezaj conic în care se introduc vârfuri de fixare, reducții conice sau mandrina de fixare a sculelor. Blocarea pinolei se realizează cu ajutorul unei manete. Corpul păpușii se poate deplasa în plan orizontal perpendicular pe axa arborelui principal prin intermediul unui mecanism șurub-piuliță fixat în corpul păpușii. Păpușa se poate bloca pe ghidajele interioare ale batiului prin intermediul unui sistem de prindere format din patină, șuruburi de strângere cu piulițe.

Fig. 1.28 Păpușa mobilă

Lanțurile cinematice

Lanțul cinematic principal este lanțul cinematic prin intermediul căruia se realizează componenta principală a vitezei de așchiere. Acesta transformă cu ajutorul mecanismelor din componența sa, turația motorului electric într-o gamă de turații, care trebuie să satisfacă într-o măsură mare cerințele impuse la prelucrarea materialelor de natură diferită, a pieselor cu dimensiuni și forme variate, cu ajutorul unor scule din materiale și cu geometrii diferite.

Scheme cinematice structurale ale lanțurilor cinematice principale

Fig. 1.23 Lanț cinematic principal pentru strung, freză, mașină de găurit

Fig. 1.23 Lanț cinematic principal mecanic pentru pentru realizarea miscarii

pe traiectorie rectilinie

Fig. 1.23 Lanț cinematic principal hidraulic pentru pentru realizarea miscarii

pe traiectorie rectilinie

Lanțurile cinematice de avans asigură poziționarea ciclică pe una din traiectoriile

generatoare a elementului generator. Pentru majoritatea lanțurilor cinematice de avans se

poate considera structura din figura 1.33

Fig. 1.23 Lanț cinematic de avans

Sursa de energie este un motor electric ME, cu turații cuprinse în gama n min – n Max.Pentru creșterea cuplului se poate folosi un reductor mecanic cu raportul de transfer i (i < 1)sau o cutie de avansuri cu mai multe trepte. Pentru cazurile în care avansul se va realiza pe o traiectorie lineară este necesar să existe și un mecanism de transformare a mișcării din rotație

în translație, MTM. Pentru mașinile–unelte grele cel mai des se folosesc mecanisme de

transformare de tipul șurub – piuliță sau pinion – cremalieră. La unele mașini, pentru avans, se

folosesc sisteme hidraulice sau pneumatice. Pentru acestea se poate considera că transferul

energetic se execută conform schemei din figura 1.24

Fig. 1.24

Realizarea LCA clasice sau la mașinile CNC

Fig. 1.25 Clasic Fig. 1.26 CNC

Fig. 1.27 Amplasare șurub cu bile Fig. 1.28 Amplasare șurub cu bile

într-un LCA orizontal într-un LCA vertical

Fig. 1.29 Lanț cinematic de poziționare cu șurub trapezoidal

Structura cinematică a unui strung se compune din lanțurile cinematice ale mișcării principale, ale mișcărilor de avans și ale mișcărilor auxiliare. Acestea diferă în funcție de: mărimea mașinii, producător, destinație.

Exemple de scheme cinematice structurale

Fig. 1.30 Strung paralel ( schemă cinematică structurală)

Fig. 1.31 Strung vertical cu doi montanți ( schemă cinematică structurală)

Fig. 1.32 Strung revolver orizontal ( schemă cinematică structurală)

Fig. 1.33 Strung revolver vertical ( schemă cinematică structurală)

Exemple de scule utilizate la prelucrarea prin așchiere. Materiale. Geometria părții active

Cuțitele sunt cele mai utilizate scule în industria prelucrătoare, ele reprezentând în continuare o problemă prin numărul lor foarte ridicat.

Pentru a se realiza alegerea sculelor așchietoare este important să ținem cont de trei aspecte principale:

utilizarea pe cât posibil a sculelor care prezintă plăcuțe din carburi metalice;

folosirea unor scule cu posibilități ușoare de reascuțire și reglare la cote;

micșorarea numărului de tipuri constructive de scule așhietoare prin întrebuințarea sculelor tipizate, normalizate sau chiar standardizate.

Părțile active ale sculelor trebuie să asigure:

rezistență mecanică ridicată pentru ca acestea să suporte eforturilede așchiere;

duritate superioară față de cea a materialului de prelucrat;

stabilitate termică, rezistență la șocuri termice și conductivitate termică;

prelucrabilitate prin așchiere și călibilitate bună;

rezistență la uzură atât la rece, cât și la cald.

Scule utilizate la strunjire. Clasificare.

După felul mașinilor-unelte în cadrul cărora se folosesc:

cuțite de strung;

cuțite de raboteză;

cuțite pentru alezare;

cuțite de morteză;

cuțite pentru strunguri automate și semiautomate;

cuțite special, realizate pentru mașini speciale.

După sensul avansului:

cuțite pe stânga;

cuțite pe dreapta;

cuțite transversale.

Fig. 1.33 Tipuri de cuțite

După materialul părții active, dar și al corpului:

cuțite cu plăcuțe din carburi metalice (lipite sau fixate mecanic);

cuțite din oțel rapid ( monobloc sau sudate cu oțel de construcție);

cuțite cu plăcuțe din material mineralo-ceramice;

cuțite cu diamant sau cu N.C.B.

După construcție:

monobloc;

monobloc cu coadă sudată;

cu plăcuță schimbabilă, cu fixare mecanică;

cu elemente intermediare cu plăcuțe lipite sau cu plăcuțe schimbabile.

Sculele pentru strunjire pot fi realizate :

cu plăcuțe amovibile ( soluție modernă generalizată de firmele avansate tehnologic);

cu placuțe brazate ;

monobloc ( din oțeluri carbon de scule, oțeluri aliate si chiar din carburi metalice).

Fig. 1.33 Cuțit cu plăcuță din carbură metalică lipită Fig. 1.33 Cuțite de strung

Fig. 1.33 Construcții de cuțite cu plăcuțe schimbabile

Fig. 1.4.1.3 Forma cuțitelor de strung

Concluzii privind: structura mașinii-unelte, cinematica mașinii-unelte, soluțiile constructive ce urmează a fi adoptate

Structura mașinii-unelte

Mașina-unealtă asigură, prin construcția ei, atât direcția și sensul mișcărilor cât și materializarea anumitor viteze de lucru, care să ofere posibilitatea de reglare a mașinii la valorile optime ale parametrilor regimului de așchiere. În mod uzual, strungul monoax, paralel, orizontal, cu portscula normală și neautomat este denumit strung normal. Pe acest tip de mașină-unealtă se pot prelucra o gamă foarte variată de piese, de dimensiuni și din materiale diferite, precum și un număr mare de tipuri de filete.

Se poate observa că există o tendintă spre simplificarea structurii mașinilor-unelte. Scurtarea lanțurilor cinematice duce la mărirea preciziei, iar progresul în domeniul electronicii permite scăderea timpului de răspuns al buclelor închise din lanțul cinematic. La majoritatea strungurilor de dimensiuni mici și medii ghidajele sunt aplicate și cu elemente intermediare, iar uneori pentru păpușă mobilă acestea sunt frezate direct pe batiul strungului.

O mașină CNC este compusă din două componente majore pe lângă care se află diverse echipamente auxiliare. Prima componentă este mașina-unealtă propriu-zisă ( strung ), iar a doua componentă este controller-ul pentru coordonarea mișcării sculei tăietoare. Pentru fiecare dintre cele două componete pot exista accesorii necesare sau opționale. De exemplu, pentru controller poate exista o consolă de introducere date sau un calculator cu conexiune permanentă pe care se realizează programele, o imprimantă sau un plotter pentru verificarea acurateții programului înainte de utilizare pe mașină.

Programele NC:

–          pot fi pornite si intrerupte;

–          nu pot fi modificate de operatorul de la MUCN.

Fig. 1.33 Sistemul NC Fig. 1.33 Sistemul CMC

Cinematica mașinii-unelte

Mișcările care au loc pe traiectorii materializate si care concură, prin acțiunea lor concertată, la generarea cinematică a unei curbe dictată de un proces de prelucrare sau de mânuire poartă denumirea de mișcări elementare sau mișcări de bază. Fiecare mișcare este caracterizată de parametrii de spațiu și de timp, numiți parametrii de mișcare.

Parametrii de spațiu ai mișcării includ:

• forma și lungimea traiectoriei;

• viteza și direcția de deplasare pe traiectorie;

• punctul inițial sau începutul mișcării;

• poziționarea traiectoriei în diferite sisteme de referință fixe și mobile.

Mașina-unealtă prezintă un sistem automat, avansat de schimbare a vitezei, astfel posedă viteze ridicate de deplasare, dar și viteză specială de eliminare a șpanului. Axul principal al acesteia are o mare rigiditate, dar și rulmenți unghiulari de precizie înaltă, ce sunt pretensionați pentru o bună funcționare, garantând strunjire de acuratețe ridicată. Mișcările de avans sunt efectuate prin intermediul șuruburilor cu bile, iar pentru fiecare există un șurub cu bile. Duritatea șuruburilor pe axele X și Z asigură o mare acuratețe, cât și durată de viață ridicată.

Soluțiile constructive ce urmează a fi adoptate

Mașinile-unelte CNC sunt prevăzute cu o serie de soluții constructive ce nu se regăsesc la mașinile-unelte convenționale.

Evoluția mașinilor-unelte

Fig. 1.33 Comanda manuală Fig. 1.33 Comanda automată

Fig. 1.33 Comanda numerică

Printre soluțiile actuale de construire a lanțurilor cinematice principale ale strungurilor se numără și varianta cu motor de acționare și cutie de viteze cu mecanism planetar. Momentul poate fi transmis de la reductor direct la arborele principal prin intermediul unui cuplaj sau poate exista o transmisie cu curele intre aceste două elemente. Avantajul transmisiei cu curele este că elimină transferul vibrațiilor și a căldurii spre arborele principal generate de motor si de cutia de viteze.

Cele mai noi soluții de strunguri folosesc arbori principali integrați în care sunt eliminate toate elementele intermediare dintre motorul de acționare și arborele principal, simplificând extraordinar de mult construcția mașinilor-unelte și reducând vibrațiile generatede motor, cutie de viteze și transmisii. Se urmărește utilizarea unor sisteme de schimbare automată a unui număr mare de scule, pentru a face posibilă executarea unor procese tehnologice complexe, cu un număr mare de operații. De astfel și lăgăruirea arborilor principali cu diferite lagăre ( de rostogolire, hidrostatice, aerostatice sau magnetice) ce conduc creșterea preciziei mișcării de rotație, creșterea rigidității lagărului și reducerea încălzirii este o soluție de care se va ține cont pentru a reduce deformațiile termice ale subansamblului.

O altă soluție constructivă ce va fi adoptată este utilizarea transmisiei șurub conducător-piuliță cu bile cu recirculare sau chiar a piulițelor hidrostatice, ce au ca efect principal transmiterea fără joc a mișcării la sanie, acest lucru fiind foarte important în cazul mișcărilor de generare prin conturare, atunci când au loc frecvente schimbări de sens ale mișcării de avans, în funcție de panta profilului piesei. De asemenea se pot utiliza motoare de acționare cu turație reglabilă continuu, în limite largi, reversibile (motoare de curent continuu, motoare pas cu pas, motoare asincrone comandate prin convertizoare de frecvență), acestea permițând scurtarea lanțurilor cinematice de avans, astfel creșterea preciziei cinematice este realizabilă.

Pe viitor se vor avea în vedere și tehnologiile de ultimă generație și tehnologiile care se găsesc în situații speciale.

PROIECTAREA CINEMATICĂ ȘI ORGANOLOGICĂ A ANSAMBLURILOR SPECIFICATE ÎN TEMA DE PROIECT PENTRU MAȘINA-UNEALTĂ

Prezentarea schemei cinematice pentru toata mașina

Mașina-unealtă trebuie să asigure, prin construcția ei, atât direcția și sensul mișcărilor cât și materializarea anumitor viteze de lucru, care să ofere posibilitatea de reglare a mașinii la valorile optime ale parametrilor regimului de așchiere.

Cinematica și construcția strungurilor paralele permit realizarea următoarelor prelucrări:

-strunjire transversală cu avans manual sau mecanic;

-strunjire longitudinală cu avans manual sau mecanic;

-filetare–filete metrice, whitworth, modul, Diametral Pitch;

-găurire cu avans manual sau mecanic, cu fixarea sculei în port-cuțit.

Modul de realizare a mișcărilor de lucru, plecând de la motorul electric de acționare a strungului, prin lanțurile cinematice proprii fiecărei mișcări, la sculă și la piesă, rezultă din schema cinematică structurală a strungului paralel (normal).

Schema cinematică prezintă într-o formă simplificată structura sistemului de acționare a mișcării. Rețeaua structurală constituie o reprezentare grafică a structurii variatorului în trepte.

Ea dă informații privind:

– numărul arborilor variatorului în trepte;

– numărul treptelor turațiilor pentru fiecare arbore, inclusiv cele finale;

– numărul angrenajelor din cadrul fiecărui grup ( numărul rapoartelor de transfer);

– valorile salturilor parțiale și totale.

Pentru ca mașina-unealtă să realizeze oricare mișcare, dispune de un lanț cinematic specific. Un grup de mecanisme legate între ele, ce au ca obiectiv realizarea unei anumite mișcări, sau asigură o legătură cinematică între două mișcări reprezintă un lanț cinematic. Stabilirea lanțurilor cinematice ale unei mașini-unelte, conturează cinematica acesteia, ce poate fi reprezentată grafic prin schema cinematică.

În imaginea de mai jos ( fig.2.1) este prezentată schema cinematică a strungului paralel

Fig. 2.1 . Schema cinematică de principiu a mașinii

MH- motor hidraulic; CV- cutie de viteze; TF- ; PF- păpușă fixă; Ap- arbore principal; SCZ- ; CR- cap revolver; ST- sanie transversală; SL- sanie longitudinală; Rrad- rulment radial; CM- cruce de malta; K- cama cilindrică; A1,2,3- arcuri; C- cuplaj cu dinți frontali; I- indexor; EM- electromagnet;

Motorul electric montat, transmite mișcarea printr-o transmisie cu curele în cutia de viteze, ce are două trepte. Astfel, prin angrenajul z1/z2 mișcarea ajunge la arborele principal. Comutarea baladorului se realizează cu ajutorul motorului hidraulic, obținând al doilea raport de angrenaj z3/z4 prin care sa ajungă mișcarea la arborele principal. Cel de-al doilea motor hidraulic (MH) acționează bacurile universalului pentru a iniția strângerea și desfacerea piesei. Imediat după acesta avem poziționat un encoder ce are rolul de a măsura cu câte grade se rotește arborele principal,dar îndeplinește si rolul celei de-a treia axă, axa C.

Pe axa Z avem un alt motor electric. La rândul lui acesta transmite mișcarea printr-o transmisie cu curele dințate, urmată de o transmisie șurub-piuliță.Și pe axa X mișcarea este transmisă de la un motor electic printr-o transmisie cu curele, amplificată de transmisia șurub-piuliță, iar păpușa mobilă ce se poate deplasa pe orizontală, are rolul de a fixa piesa între vârfuri.

1 Calcule cinematice pentru toate lanțurile cinematice generatoare. Diagramele de turații. Domenii de avans

Lanțul cinematic este totalitatea mecanismelor care concură la obținerea unei mișcări impuse prin transmiterea si tranformarea unei mișcări date (de rotație, de translație). Lanțurile cinematice de lucru includ în mod obligatoriu un lanț cinematic principal și unul sau mai multe lanțuri cinematice de avans.

Lanțul cinematic principal asigură desprinderea așchiei cu o viteză optimă de așchiere. Mișcarea se efectuează pe traiectoria curbei directoare sau formează curbe elementare a căror înfășurătoare este directoarea. În funcție de tipul mașinii-unelte, lanțurile cinematice pentru mișcare circulară transmit mișcare la semifabricat (cazul strungurilor), sau la sculă (mașini de frezat, găurit). În componența lanțurilor cinematice ale mișcării principale mai intră: mecanisme pentru inversarea sensului de rotație, mecanisme de frânare în scopul reducerii timpului de oprire, precum și mecanisme pentru cuplarea și decuplarea mișcării. Pentru a se realiza acționarea strungurilor normale se folosesc motoare electrice asincrone.

Proiectarea lanțului cinematic principal al strungului CNC cu doi arbori principali s-a elaborat pe baza următoarelor date de intrare:

Date de intrare:

Puterea P= 15 [kW]

Stabilirea domeniului de variație a turațiilor arborelui principal , acest domeniu alegându-se în funcție de caracteristicile de producție ale mașinii:

Turația n= 35…6000 [rot/min]

Diametrul maxim al semifabricatului Ø= 660 [mm]

Calculul puterii și alegerea motorului electric

Pentru efectuarea calculului puterii motorului a fost utilizat programul Sandvik Coromat. Acesta are implementat un program de calcul online, în care s-au urmat etapele următoare:

Operația ( Turning ->strunjire);

Forma => General turning insert shape: C, D, S, T, V, W;

Duritatea materialului – 175 HB;

Unghiul de atac ( ) – ;

Raza – 5 mm ;

Adâncimea de așchiere – 3 mm;

După introducerea datelor programul a calculat puterea motorului vizibilă în imaginile următoare ( fig.2.2.a) și ( fig.2.2.b).

Fig. 2.2. a. Rezultate calcul putere

Fig. 2.2. b Rezultate calcul putere

În urma calculului rezultat se va alege motorul cu putere superioară pentru a fi sigură acoperirea ariei. Se va alege un motor electric de la Siemens, căruia îi vom atribui și un echipament de control. Alegerea motorului de curent alternativ de la Siemens 1PH8107 s-a realizat in funcție de următoarele caracteristici, fiind ilustrat în următoarea imagine ( fig.2.3)

P = 15 kW

M = 72 Nm

n = 5300 rpm

Fig. 2.3. Motor 1PH8131

Fig. 2.3. Soluție constructivă motor

Fig. 2.4 Diagrama de turații

2.1.2. Calculul forțelor și momentelor la nivelul elementelor de transmitere a mișcării.

Proiectarea arborelui principal

Arborii mașinilor-unelte acționează în condiții și solicitări variabile, în special pentru schimbarea turației, momentul de torsiune și forțele ce îi solicită, schimbarea temperaturii etc.

Pentru funcționarea în parametrii optimi a mașinii-unelte este util ca transmiterea mișcărilor de rotație și de translație, să fie efectuată uniform, deoarece precizia prelucrării este determinată de manifestarea ansamblului arbore principal-lagăr.

Calculul puterii arborelui

P1 = P · ηtm (2.1)

P1 = 15 · 0.98

P1 = 14.7 kW

– randamentul transmisiei mecanice care transmite mișcarea arborelui

Pk – puterea arborelui de rang k

Pk = Pk-1 · ηtm · (2.2)

– randamentul lagărelor arborelui (cu rulmenți)

Pk = 15 · 0,98 · 0,99

Pk = 14.553 kW

Calculul momentului de torsiune

Mtk = 955000 · (2.3)

Mtk = Mt – momentul de torsiune maxim al arborelui de rang k

– turația minimă a arborelui de rang k

Mtk = 955000 ·

Mtk = 170320 daN · mm

Determinarea diametrului preliminar

d – diametrul exterior al arborelui

d0 – diametrul alezajului pentru arbori tubulari

d= (2.4)

β = =

d =

d = 72.78 mm

d0 = 36.39 mm

Stabilirea turatiilor

Alegerea materialului pentru arbori

Materialele pentru arbori trebuie sa îndeplineasca urmatoarele conditii:

-rezistentă mecanică ridicată;

-modul de elasticitate ridicat, pentru ca deformațiile flexionale si torsionale sa fie cât mai mici și vibrațiile sa aibă amplitudine redusă;

-prelucrabilitate bună și cost redus.

Pentru construcția arborilor se utilizează oțeluri care se aleg în funcție de natura solicitării:

– ușoară: OL 50 , OL 60 – STAS 500 – 80

– medie: OLC 35 , OLC 45 ,OLC 50- STAS 880 – 80

– mari: 40CrNi10, 41CrNi12, 36Mo17, 40Cr10, 50VCr10 – STAS 791 – 80

Caracteristicile mecanice pentru materiale metalice utilizate în construcția organelor de mașini sunt prezentate în tabelul 2.1

Tabel 2.1

Deoarece pentru arborii principali sunt folosite de obicei oțeluri carbon de calitate cementare (OLC 15 , OLC 20 etc ) si oțeluri aliate de cementare (13 CrNi 30 etc ) , am optat pentru materialul OLC 45 , STAS 880- 80.

Fig. 2.5 Schema incărcării arborelui pentru solicitarea la torsiune.

Calcule dimensiuni arbore în care se ține cont doar de solicitarea la torsiune:

(2.5)

Pentru materialul ales: = 120 [N/mm2]

Alegere lagăre arbore principal

Lagărele cu rulmenți reprezintă părți componente ale ansamblelor. Acestea influențează precizia de funcționare, precum și durata de viață a ansamblului respectiv.

Lagărele asigură rezemarea arborilor sau a altor organe de mașini în mișcare de rotație ori de oscilație, în același timp trebuie să asigure poziționarea axială a arborelui, dar și posibilitatea de dilatare a acestuia la temperatura de lucru. Totodată, prin construcția lor, trebuie să facă posibilă ungerea, etanșarea și, atunci când este necesar, răcirea rulmenților din componența acestora. Lagărele pot prelua forțe de mărime și direcție diferite, în plus se pot adapta, dacă este necesar, nealinierilor unghiulare ale arborilor.

În funcție de construcția și de montajul lor într-un ansamblu, rulmenții pot prelua sarcini radiale, axiale sau de o direcție oarecare.

Pentru a îndeplini cât mai bine caracteristicile menționate, am ales lagărele din cataloagele SKF și anume, lagăre cu bile și cu role.

Fig. 2.6 Detalii constructive

Tabel 2.2

Am ales prin intermediul catalogului, rulmenți ce au un rând de bile, iar diametrul inelului interior este d=100 mm. Pentru lubrifierea acestora se va folosi ulei, deoarece este adaptabil la condițiile în care se operează și la echipamentul pe care îl folosim.

2.2. Proiectarea structurii cinematice și organologice complete a ansamblurilor parțiale stabilite prin tema de proiect

Alegerea universalului( mandrinei)

Universalul este un dispozitiv de fixare prevăzut, deseori, cu trei bacuri, care efectuează simultan centrarea și strângerea pieselor, având diametre într-o gamă relativ largă. Aceste trei bacuri se deplasează în canalele din corpul universalului, ele fiind antrenate de filetul plan de pe fața frontală a roții dințate , care, la rândul ei, este antrenată de pinionul conic.

Pentru alegerea mandrinei utilă la proiectarea lanțului cinematic principal al strungului am consultat cataloagele de la Roehm. Am optat pentru o mandrină ce aparține seriei DURO-NC. Este concepută în special pentru stungurile CNC, iar ca și calități principale atribuite sunt: puterea mare de strângere, acuratețea de precizie înaltă și viteza mare de acționare.

Fig. 2.6 Universal

2.2.1. Proiectarea elementelor de structură. Se va proiecta (alege) și dimensiona(verifica) un element de structură

Proiectare batiu

Batiurile mașinilor-unelte trebuie să îndeplinească un complex de cerințe constructive, funcționale, de rezistență., de economicitate etc. Materialele folosite pentru construcția batiurilor trebuie sã asigure o rezistență la uzură corespunzătoare pentru ghidaje, cu un coeficient de frecare redus (p = 0,05….0,16), o conductibilitate termică bună, rezistență mare la coroziune și o rezistența mecanică adecvată.

Forma constructivă a batiului

Deoarece fiecare mașină-unealtă are o anumită formă constructivă, impusă de mărimea și configurația pieselor de prelucrat, piesa cea mai importantă, cea care asigură în mare parte forma mașinii-unelte, este batiul. Piesele și subansamblurile componente ale mașinilor-unelte se montează pe batiu, cu posibilități de a executa mișcări relative, sau fixe. Batiul asigură menținerea pe durata ciclului de prelucrare a pieselor și a poziției reciproce dintre subansamblurile fixe și cele mobile.

Forma pieselor este menționată din condiții funcționale și de asamblare a acestora într-o anumită mașina. Piesele, sunt corpuri solide de regulă metalice, delimitate de o combinație de suprafețe cu forme și dimensiuni adecvate asamblării și funcționării lor împreună.

Dimensiunile piesei determină mărimea mașinilor-unelte și, deci, dimensiunile batiurilor acestora. În cazul unui strung paralel, lungimea maximă a piesei de prelucrat determină, lungimea batiului, iar diametrul maxim prelucrat determină înălțimea vârfurilor.

Pentru a mării capacitatea de amortizare a vibrațiilor, câteodată, la construcția batiurilor se utilizează materiale de umplutură ca și betonul, care contribuie la creșterea masei batiului și, la micșorarea pulsației proprie a acestuia. Experiența industrială și practica de laborator sunt hotărâtoarea pentru stabilirea formei și dimensiunilor batiurilor de mașini-unelte. După stabilirea unor forme și a unor dimensiuni pentru batiuri, pe bază de calcule, se stabilesc formele și dimensiunile finale ale acestora.

Condiția de echilibru a forțelor elementare care sunt existente pe elementul de batiu detașat, îndeplinesc condiția, de echilibru:

(2.6)

Pentru că lungimea dx este aceeași pentru toate fețele verticale, longitudinale de grosime sau , înseamnă că in fiecare punct al secțiunii transversale, există relația:

(2.7)

Momentul de torsiune ce este aplicat elementului de batiu satisface ecuația de echivalență, definită prin intermediul relației:

(2.8)

A S

Proiectarea lanțului cinematic avans

Lanțul cinematic de avans realizează mișcarea de avans-poziționare pentru piesă, dar și pentru sculă. El asigură poziționarea repetată ciclic pe una din traiectoriile generatoare G a elementului generator .

Date de intrare pentru șurubul cu bile

Cursa maximă impusă: 2100 [mm]

Dimensiunile elementului mobil echipat cu tanchete:

450 mm x 320mm x 100 mm

Sarcina aditională preluată de elementul mobil pe parcursul unei faze de lucru

forțele de așchiere:

= = 3200

= 3500

Schema de calcul cu detalierea parametrilor geometrici necesari in calculul ghidajelor de tip tanchete cu bile

Distanța pe directie longitudinală între centrele de calcul al tanchetelor LW = 350 [mm]

Distanța pe direcție transversala între centrele de calcul al tanchetelor LS = 200 [mm]

Locația axei de mișcare a elementului mobil pe direcția axei Y- direction Ly=0 [mm]

Locația axei de mișcare a elementului mobil pe direcția axei Z- direction Lz = 0 [mm]

Masa platoului echipat cu tanchete mp = 113 [kg]

Masa obiectului cu care se încarcă platoul mob =21 [kg]

Ciclograma de funcționare a elementului mobil acționat de lanțul cinematic de avans:

Calculul forțelor pe faze

mM= V * ρ =0,45*0,32*0,1*7800 = 112,32 Kg

msf= 0,2*0,3*0,1*3850=23,1 Kg

F1 = GM= mM* g=113*0,81 = 1109N

F2= GS= msf*g = 23,1*9,81 = 226,61 ~227N

F3= FiM= mM *a1=113*0,6=67,8N ~68N

F4 =FiS= ms *a1=113*0,6=13,86 N ~14 N

Faza 1-1

Faza 1-2

Faza 1-3

Faza 2-1

Faza 2-2

Faza 2-3

Faza 3-1

Faza 3-2

Faza 3-3

Faza 1-1

= -334 N

B =

C =

Fzn1=A+B+C =-334+0+7,85= -326,15

Fzn2= A+B-C =-334+0-7,85= -341,85

Fzn3= A-B+C =-334-0+7,85= -326,15

Fzn4= A-B-C =-334-0-7,85= -341,85

Faza 1-2

= -334 N

B =

C =

Fzn1=A+B+C =-334+0+0= -334 N

Fzn2= A+B-C =-334+0-0= -334 N

Fzn3= A-B+C =-334-0+0= -334 N

Fzn4= A-B-C =-334-0-0= -334 N

Faza 1-3

= -334 N

B =

C =

Fzn1=A+B+C =-334+0+ (-7,85) = -341,85

Fzn2= A+B-C =-334+0-(-7,85) = -326,15

Fzn3= A-B+C =-334-0+(-7,85) = -341,85

Fzn4= A-B-C =-334-0-(-7,85) = -326,15

Faza 2-1

= 466 N

B =

C =

Fzn1=A+B+C =466+(-2950)+(-452,85)= -2936,85N

Fzn2= A+B-C =466+(-2950)-(-452,85)= -2031,15 N

Fzn3= A-B+C =466-(-2950)+(-452,85)= 2963,15 N

Fzn4= A-B-C =466-(-2950)-(-452,85)= 3868,85 N

Fyn1=Fyn3=+=+=2060,71 N

Fyn2=Fyn4=-=-= – 310,71 N

Faza 2-2

= 466 N

B =

C =

Fzn1=A+B+C =466+(-2950)+(-457,14)= -2941,14N

Fzn2= A+B-C =466+(-2950)-(- 457,14)= -2026,83 N

Fzn3= A-B+C =466-(-2950)+(- 457,14)= 2958,86 N

Fzn4= A-B-C =466-(-2950)-(- 457,14)= 3963,14 N

Faza 2-3

= 466 N

B =

C =

Fzn1=A+B+C =466+(-2950)+(-453,21)= – 2937,21 N

Fzn2= A+B-C =466+(-2950)-(- 453,21)= -2030,79 N

Fzn3= A-B+C =466-(-2950)+(- 453,21)= 2662,79 N

Fzn4= A-B-C =466-(-2950)-(- 453,21)= 3869,21N

Faza 1.1

Faza 1.2

Faza 1.3

Faza 2.1

Faza 2.2

Faza 2.3

Faza 3.1

Faza 3.2

Faza 3.3

Alegere tanchete

FNS

R1651

Size 20

Fpr=Xpr*C=0,08*23400=1872

Flim=2,8*Fpr=5241,6

Flim<Fcomb=>Fcomb= Fef

Fef = )3/2*Fpr

Fef 11= +1)3/2*1872=1.14767+1)3/2*1872 N= 1.229492*1872=969.82

Fef 21= )3/2*1872=1.151224+1)3/2*1872N= 1.235207*1872= 974,31 N

Fef 31= )3/2*18721.154779+1)3/2*1872N= 1.240932*1872= 978,64 N

Fef 41= Fcomb = 5023,7 N

Fef 51= Fcomb = 5018 N

Fef 61= Fcomb = 4997,92 N

Fef 71= )3/2*1872=1.154779+1)3/2*1872N= 1.240932*1872= 978,64 N

Fef 81= )3/2*1872=1.151224+1)3/2*1872 N= 1.235207*1872= 974,31 N

Fef 91= +1)3/2*1872=1.14767+1)3/2*1872 N= 1.229492*1872=969.82 N

= = 2889,39 N

Li=

Lhi=

Lhi

Calcul surub cu bile

Gm=1109 [N]; Gs=227 [N]

turația maximă 1800 [rpm]

lungimea elementului mobil 450 [mm]

sistemul de lăgăruire al șurubului este încastrat – încastrat

raport de transmitere i = 1/1

tipul constructiv al ansamblului parțial șurub-piuliță este cu două piulițe

viteza maximă a elementului mobil 18 [m/min],

cursa de lucru a elementului mobil 1700 [mm]

pas șurub, normal – P= 10 [mm]

ni=

n2=1800

n3=900

n4=450

n5=900

n6 = n4 = 450

n8= n21800

= 15,19 mm

=> întrucat este mai mică decât turația maximă 1800 rpm , este necesar să alegem din catalog un alt diametru al șurubului până când turația critică este mai mare decât turația maximă.

Calcul pentru surub cu diametru de 32 mm

– încă este sub turația maximă

– încă este sub turația maximă

-> mai mare decât turația maximă (1800 rpm)

Șurubul ales este FDM-E-C 50*10R*6 – 4

C = 55400

= 109000

N

N

N

N

N

N

N

N

N

= 5203,383 N