1.Materiały narzędziowe
Materiały narzędziowe- materiały stosowane do wyrobu części roboczych lub całych narzędzi.
Główne wymagania wobec materiałów narzędziowych:
a) Twardość narzędzia – powinna przewyższać twardość materiału obrabianego o 20-30 HRC
np. stal szybkotnąca hartowana ma twardość ok. 63 HRC, obróbka materiałów 33-43 HRC
b) Odporność na wysoką temperaturę- podczas skrawania z dużymi szybkościami narzędzie nagrzewa się
do wysokich temperatur. Jeśli osiągana temperatura jest wyższa od temperatury opuszczania danego
materiału narzędziowego, to wówczas ostrze ulega szybkiemu stępieniu. Zapobiegamy takim sytuacjom
stosując chłodzenie pracującego narzędzia.
c) Odpowiednia wytrzymałość – rodzaj wymaganej wytrzymałości zależy od rodzaju narzędzia i sposoby
jego pracy.
d) Odporność na ścieranie- wymagana od wszystkich narzędzi, szczególnie tych, które podczas obróbki
muszą zachować odpowiedni wymiar (np. rozwiertak).
e) Zachowanie się podczas hartowania- po hartowaniu powinna zostać zachowana odpowiednia twardość,
odpowiednia głębokość zmian strukturalnych, oraz nieprzegrzewalność stali. Narzędzia powinny być
hartowane w oleju lub w powietrzu.
2.Kinematyka równoległa
Jednostki robotów przemysłowych jako manipulatorów łączone są ze sobą za pomącą par kinematycznych.
Człony można łączyć: równolegle (zamknięty łańcuch kinematyczny) i szeregowo (otwarty łańcuch
kinematyczny), hybrydowe (połączenie szeregowych i równoległych)
Typy członów równoległych :
a) Tripody- składające się z trzech ramion równoległych.
b) Hexapody - składające się z sześciu ramion równoległych.
3.Wrzeciono, elektrowrzeciono, wrzeciono (tokarskie, frezarskie), łożyskowanie
wrzeciona, wrzeciono odciążone i nieodciążone
Wrzeciono – precyzyjnie ułożyskowany element obrabiarki o kształcie wału, najczęściej z otworem
osiowym. Służy do zamocowania narzędzia (wrzeciono narzędziowe, np. we frezarce czy wiertarce) lub
obrabianego przedmiotu (wrzeciono przedmiotowe, np. w tokarce). Poprzez obrót wrzeciona realizowany jest
ruch główny (skrawający) narzędzia. Do mocowania narzędzi (wiertła, frezy trzpieniowe) lub uchwytów
tokarskich często wykorzystywany jest stożek Morse'a.
Elektrowrzeciono- silnik elektryczny wraz z mocowaniem narzędzia w obudowie umożliwiającej
zainstalowanie całości w maszynie CNC. Bezpośrednio na wrzecionie zamontowany jest wirnik silnika
elektrycznego.
Wrzecionem nazywa się część obrabiarki w postaci wału, na którym osadza się uchwyt do zamocowania
przedmiotu obrabianego np.: w tokarce lub narzędzia np.: we frezarce. Wrzeciono to podstawowa część
robocza w obrabiarkach o ruchu roboczym obrotowym. Poprzez obrót wrzeciona realizowany jest główny
ruch skrawający obrabiarki. Przednia część zwana końcówką jest przystosowana do zakładania uchwytów i
narzędzi. Więc, aby zamocować uchwyt w obrabiarce, potrzebujemy poznać typ końcówki wrzeciona.
Łożyskowanie wrzecion
Łożyska z kątem działania C-15° i E-25° mogą pracować przy bardzo wysokich prędkościach obrotowych.
Znalazły one zastosowanie głównie do łożyskowania wrzecion obrabiarek, są wykonywane zwykle w
wysokich klasach dokładności (P5, P4, SP i wyższych). Łożyska te stosuje się często w układach
zdwojonych lub wielokrotnych.
Wrzeciono odciążone-
koło pasowe nie jest związane z wrzecionem
Wrzeciono nieodciążone
- koło pasowe jest związane z wrzecionem
4.Rodzaje łożysk (kulkowe, wzdłużne, itd...)
Łożysko – część urządzenia technicznego np. maszyny lub mechanizmu, podtrzymująca (łożyskująca) inną
jego część (łożyskowaną) w sposób umożliwiający jej względny ruch obrotowy (np. wał, oś). Cechy materiału
łożyskowego: dobra odkształcalność, odporność na zatarcie, mały współczynnik tarcia suchego, odporność
na zużycie, odporność na korozję, wytrzymałość na nacisk w temperaturze pracy, wytrzymałość
zmęczeniowa, dobre przewodnictwo cieplne, stabilność geometryczna, dobra obrabialność.
Łożyska dzieli się na:
•
łożyska mechaniczne
o
łożyska ślizgowe
łożyska promieniowe (poprzeczne)
łożyska wzdłużne
o
łożyska toczne
łożyska promieniowe (poprzeczne)
•
łożyska kulkowe
o
łożyska kulkowe zwykłe
o
łożyska kulkowe skośne
o
łożyska kulkowe wahliwe
•
łożyska wałeczkowe
•
łożyska stożkowe
•
łożyska baryłkowe
•
łożyska igiełkowe
łożyska wzdłużne
•
łożyska kulkowe wzdłużne
•
łożyska baryłkowe wzdłużne
o
łożyska sprężyste - stosowane w mechatronice[2].
łożyska na sprężynach płaskich
łożyska na sprężynach krzyżowych
łożyska na zawieszkach skrętnych
•
łożyska hydrauliczne
o
łożyska hydrostatyczne
o
łożyska hydrodynamiczne
•
łożyska magnetyczne
o
łożyska magnetyczne statyczne
o
łożyska magnetyczne dynamiczne
•
łożyska elektryczne
o
łożyska elektrostatyczne
o
łożyska elektromagnetyczne
o
łożyskowanie hydrostatyczne
Charakterystyka najważniejszych łożysk (z punktu widzenia obrabiarek):
Łożysko kulkowe – rodzaj łożysk tocznych, elementami tocznymi w nim kulki. Łożyska te w zależności od
kształtu bieżni mogą przenosić obciążenia promieniowe, jak i osiowe.
Łożyska wzdłużne, zwane także osiowymi, to łożyska, w których obciążenie w stosunku do osi wału ma
kierunek wzdłużny . Zróżnicowanie wzdłużnych łożysk ślizgowych, podobnie jak łożysk poprzecznych,
wynika z konstrukcyjnego ukształtowania powierzchni nośnych.
5.Łożyskowanie hydrostatyczne
Łożyska hydrostatyczne- ciecz jest wtłaczana pod ciśnieniem między współpracujące powierzchnie
rozdzielając je tym samym.
6.Prowadnice ( stick-slip)
Prowadnica– profil mający za zadanie skierowanie ruchu elementu technicznego po z góry zadanym torze.
Zjawisko stick-slip polega na przerywanym, skokowym ruchu elementu ślizgającego się pary trącej.
Obserwuje się drgania wzdłużne i poprzeczne (normalne) elementów trących, a siła tarcia zmienia się
oscylacyjnie. Opisano zjawisko stick-slip w postaci okresów postoju elementu prowadzonego (stick) i
poślizgu-skoku (slip). Wynikiem występowania zjawiska stick-slip jest ograniczenie dokładności
pozycjonowania, hałaśliwość i szybsze zużycie węzłów tarcia. Sposoby zmniejszenia lub wyeliminowania
stick-slip: racjonalny dobór materiałów elementów trących, efektywne smarowanie, odpowiednia
mikrogeometria powierzchni trących, odciążenie styku, zamiana tarcia ślizgowego na toczne, zwiększenie
sztywności układu pary trącej.
7.Napęd tradycyjny z silnikiem obrotowym napędzającym śrubę toczną
W skład napędu wchodzi silnik o ruchu obrotowym napędzający śrubę toczną bezpośrednio lub za
pośrednictwem przekładni kołowej zębatej albo pasowej zębatej. W tradycyjnej postaci konstrukcyjnej tego
rozwiązania typowymi modułami oferowanymi przez wyspecjalizowanych producentów są:
o
serwosilniki elektryczne prądu stałego lub przemiennego ( komutatorowe, synchroniczne), a także
silniki krokowe,
o
przekładnie śrubowe toczne o standardowych wymiarach śrub,
o
bezluzowe reduktory z kołami zębatymi i przekładnie pasowe zębate,
o
gotowe rozwiązania połączeń prowadnicowych tocznych
8.Napęd z obrotową elektro-nakrętką i nieruchomą śrubą toczną
Nowym rozwiązaniem są napędy posuwu z nieobrotową śrubą i nakrętką obrotową zintegrowaną z
serwosilnikiem napędowym. Rozwiązanie to ma następujące zalety:
o
mniej elementów przenoszących napęd od silnika, nieobrotowa śruba nie ma łożysk, w
przeciwieństwie do dotychczasowych rozwiązań,
o
momenty bezwładności, które mają istotny wpływ na dynamiczne właściwości serwonapędu, są
znacznie mniejsze niż w konwencjonalnych napędach,
o
nieruchome i sztywne zamocowanie śruby na obu końcach oraz jej napięcie wstępne umożliwia
uzyskanie bardzo dużej sztywności skrętnej; minimalna sztywność ( w środku jej długości) jest ok.
czterokrotnie większa niż konwencjonalnej obracającej się śruby, na poprawę sztywności skrętnej
napędu wpływa także zmniejszenie liczby elementów mechanicznych,
o
można uzyskać bez specjalnych trudności duży współczynnik wzmocnienia prędkościowego,
o
przy napinaniu śruby nie występują ograniczenia spowodowane nośnością łożysk, stąd też można
bez problemów powiększyć częstotliwości giętych drgań własnych tak, aby leżały one powyżej
krytycznej prędkości obrotowej układu napędowego.
Rozwiązanie to ma jednak pewne wady. Są nimi przede wszystkim ograniczenia geometryczne wynikające
ze średnicy śruby tocznej determinowanej wymaganą sztywnością osiową napędu. Średnica nakrętki musi
być bowiem od 1,5 do 3 razy większa od średnicy śruby, co oznacza duży moment bezwładności wirnika
silnika. Powoduje to trudności z uzyskaniem dużych wartości przyspieszeń dla zespołów przesuwnych o
relatywnie małej bezwładności w stosunku do dużej bezwładności wirnika silnika. Ograniczenie to można
częściowo ominąć przez optymalizację konstrukcji silnika i nakrętki oraz stosowanie śrub o dużym skoku
gwintu.
9.Przekładnie
Przekładnia – mechanizm lub układ maszyn służący do przeniesienia ruchu z elementu czynnego
(napędowego) na bierny (napędzany) z jednoczesną zmianą parametrów ruchu, czyli prędkości i siły lub
momentu siły.
Przekładnia może zmieniać:
o
ruch obrotowy na ruch obrotowy – najczęstszy przypadek
o
ruch obrotowy na liniowy lub odwrotnie
o
ruch liniowy na ruch liniowy
Ze względu na rodzaj wykorzystywanych zjawisk fizycznych, przekładnie dzielą się na:
o
przekładnie mechaniczne
o
przekładnie hydrauliczne
o
przekładnie pneumatyczne
Przekładnia może być:
o
reduktorem (przekładnia redukująca) – gdy człon napędzany obraca lub porusza się z mniejszą
prędkością niż człon napędzający
o
multiplikatorem (przekładnia multiplikująca) – gdy człon napędzany obraca lub porusza się z większą
prędkością niż człon napędzający
Przekładnia o zmiennym przełożeniu nazywana jest wariatorem
Szczególnym przypadkiem przekładni jest sytuacja, gdy prędkość na wejściu równa jest prędkości na
wyjściu. Taki przypadek stosuje się, gdy chodzi tylko o zmianę kierunku wektora prędkości lub siły
(momentu).
Podstawowymi parametrami przekładni są:
o
nmax – maksymalna prędkość na wale napędzającym
o
Mmax – maksymalne obciążenie – siła lub moment siły na wale napędzanym
o
i = n1/n2 – przełożenie przekładni, gdzie n1 to prędkość na wale napędzającym i n2 to prędkość na
wale napędzanym
o
η = Nu/No- sprawność energetyczna przekładni, gdzie Nu to moc użyteczna i No to moc włożona
10.Napęd CNC
Systemy napędu posuwów są kluczowymi elementami obrabiarek sterowanych numerycznie. Zależy
od nich prawie wszystko -począwszy od dokładności pozycjonowania, prędkości ruchów roboczych,
przyspieszeń i płynności ruchów.
Rozwiązania profesjonalne wymagają zastosowania serwonapędów, a w przypadku mniej
wymagających zastosowań wystarczą silniki krokowe. Podstawowa różnica pomiędzy tymi napędami to
sprzężenie zwrotne położenia.
W przypadku silników krokowych wszystkie ruchy maszyny składają się z bardzo dużej ilości
pojedynczych kroków generowanych przez interpolator. Każdy krok w zależności od przełożenia napędu i
ilości mikrokroków to 0.005 do 0.1 mm. Napędy tego typu charakteryzują się bardzo prostą budową. Pewną
niedogodnością jest brak pomiaru położenia i w pewnych niesprzyjających okolicznościach (przeciążenie)
może nastąpić utrata współrzędnych (zgubienie kroków) co może spowodować uszkodzenie obrabianego
detalu lub narzędzia.
Tych mankamentów pozbawione są serwonapędy. Praca ich polega na ciągłym dążeniu do
osiągnięcia zerowego uchybu, czyli różnicy pomiędzy wartością zadaną a zmierzoną. Pozycja głowicy jest
cały czas odczytywana za pomocą enkoderów inkrementalnych ,które potrafią dokonywać pomiaru położenia
głowicy z dokładnością dochodzącą do 0.001mm. Na podstawie tych informacji układ sterujący tak steruje
silnikiem, aby błąd był zerowy. Przy zwiększeniu obciążenia silnik zwiększa moc zapobiegając powstaniu
uchybu położenia, a w przypadku przekroczenia pewnego obciążenia system zatrzymuje maszynę i
informuje operatora o konieczności interwencji.
11.Silniki: komutatorowe prądu stałego, bezszczotkowe prądu stałego, tyrystorowe
układy napędowe, serwonapędy
Silnik komutatorowy prądu stałego
Silnik komutatorowy - charakteryzuje się wirnikiem o magnetowodzie wykonanym z pakietu blach
elektrotechnicznych wyposażonym w uzwojenie połączone z komutatorem, po którym ślizgają się
doprowadzające prąd szczotki węglowe. Wirnik porusza się w wyniku oddziaływania płynącego przezeń
prądu i pola magnetycznego wytwarzanego przez stojan. Ruch odbywa się w sposób ciągły, dzięki
przełączaniu przez komutator kierunku prądu płynącego przez wirnik.
Silniki prądu stałego o małej mocy najczęściej wyposażone są magnes trwały. Brak zasilania stojana
eliminuje źródło strat. Natomiast w silnikach dużych stojan jest elektromagnesem o litym magnetowodzie.
Silniki komutatorowe prądu stałego o małej mocy, stosowane są w modelarstwie (modele
samochodowe, wodne, latające), zabawkach mechanicznych, w samochodach (napęd wycieraczek,
podnoszenia szyb, rozrusznik), urządzeniach domowych zasilanych z baterii (walkmany, szczoteczki do
zębów, golarki, depilatory) lub z sieci (magnetofony, magnetowidy). Silniki dużej mocy, nawet do kilkuset kW,
są wykorzystywane w przemyśle i transporcie do napędu urządzeń, które wymagają rozruchu pod
obciążeniem i regulacji prędkości obrotowej jako silniki trakcyjne (tramwaje, lokomotywy), napędu walcarek
czy kopalnianych maszyn wyciągowych.
Bezszczotkowy prądu stałego
Silnik bezszczotkowy, silnik BLDC (ang. BrushLess Direct-Current motor) – rodzaj silnika
elektrycznego zasilanego przez prąd stały, w którym zamiast szczotek zastosowano elektrycznie sterowany
komutator, cewki są nieruchome wewnątrz obudowy, a magnesy znajdują się na wirniku.
Zalety silników BLDC w porównaniu do silników szczotkowych:
Główną zaletą silników bezszczotkowych jest dużo wyższa trwałość i niezawodność wynikająca z
wyeliminowania z konstrukcji szczotek, będących najczęstszą przyczyną awarii oraz najszybciej
zużywającym się elementem mechanicznym silnika. Eliminacja szczotek zapewnia cichszą pracę silnika oraz
wyższą sprawność energetyczną. Dodatkowo konstrukcja silników BLDC umożliwia zastosowanie
szczelniejszych obudów, gdyż ciepło z cewek może być odprowadzane bezpośrednio poprzez obudowę, co
eliminuje konieczność zapewnienia cyrkulacji powietrza. Kolejną zaletą silników BLDC jest możliwość
kontroli prędkości obrotowej prawie niezależnie od mocy silnika. Główną wadą silników bezszczotkowych
jest wyższy koszt zastosowania. Wynika on z konieczności zastosowania specjalnych sterowników
elektronicznych. Dodatkowo w silnikach tego typu, ze względu na umieszczenie uzwojeń w stojanie, ich
przezwojenie jest utrudnione.
Zastosowanie:
Ze względu na niezawodność, oraz możliwość sterowania prędkości silniki BLDC są stosowane w napędach
dysków optycznych (CD, DVD, BD), dyskach twardych, gramofonach, większości pojazdów o napędzie
elektrycznym (np. segway, samochodach hybrydowych), wszystkich wentylatorach komputerowych i
urządzeniach w których iskry powstające na szczotkach mogłyby doprowadzić do zaprószenia ognia czy
wybuchu. Dzięki możliwości stosowania szczelniejszych obudów oraz możliwości lepszej kontroli są one
również popularne w ogólnie rozumowanym modelarstwie zdalnie sterowanym.
Tyrystorowe układy napędowe
Tyrystorowe układy napędowe znajdują wciąż zastosowanie w napędach bardzo dużej mocy, takich
jak lokomotywy, gdzie wysoka zdolność wytrzymywanych mocy tyrystorów i prostota projektu może uczynić
je bardziej atrakcyjną propozycją niż tranzystorów opartych na kontrolerach.
Pochodną napędu tyrystorowego jest prosty regulator prądu przemiennego. Wykorzystuje jedną fazę
kontrolowaną przez triak zapewniając zmienne napięcie wyjściowe do regulacji prędkości obrotowej
uniwersalny silnik. Jest to rodzaj kontroli prędkości silnika najczęściej używany w domowych urządzeniach,
takich jak miksery oraz małych narzędzi zasilanych prądem zmiennym, takich jak elektryczne wiertarki.
Serwonapędy
Serwomechanizm - zamknięty układ sterowania (układ automatyki, układ regulacji) ze sprzężeniem
zwrotnym, w którym sygnałem wyjściowym jest pewna mechaniczna wielkość taka jak położenie, prędkość
czy przyspieszenie. Często jest to po prostu przesunięcie.
Wartość wzorcowa porównywana jest z przetworzonym przez przetwornik bieżącym sygnałem
wyjściowym i powstały w ten sposób uchyb podawany jest na człon korekcyjny, a dalej na wzmacniacz.
Wzmocniony sygnał trafia do siłownika (może to być odpowiedni silnik elektryczny - ang. servomotor),
którego przemieszczenie jest wartością wyjściową układu. Zadaniem serwomechanizmu jest likwidacja
błędów regulacji (uchybu przemieszczenia), powstających na skutek zmian wielkości wzorcowej, a więc
klasyfikujemy go jako układ nadążny. Serwomechanizm ma strukturę typowego układu regulacji, nie steruje
jednak obiektem technologicznym, lecz siłownikiem w celu usprawnienia działania toru wykonawczego.
Specyfikacją serwomechanizmów jest całkujący charakter siłownika o dynamice nie utrudniającej
regulacji, ale wnoszącej nieliniowość. Zmusza to do stosowania korektorów proporcjonalnych (regulator P), o
dużym wzmocnieniu, a nawet wzmacniaczy trójpołożeniowych.
Całkujący charakter siłownika zapewnia teoretycznie zerowy błąd statyczny. Duże wzmocnienie w
torze głównym poprawia nadążanie układu za zmianami wzorca, ale zmniejsza zapas stabilności. Sytuację
można poprawić wprowadzając korektor, regulator proporcjonalno-różniczkujący (PD).
Serwomechanizmy są powszechnie stosowane w przemyśle, np. w maszynach działających automatycznie.
12.Silniki asynchroniczne, synchroniczne, oraz krokowesilnik asynchroniczne,
synchroniczne, krokowe
Silnik elektryczny asynchroniczny, silnik indukcyjny - jest maszyną elektryczną zmieniającą
energię elektryczną w energię mechaniczną, w której wirnik obraca się z poślizgiem w stosunku do
wirującego pola magnetycznego wytworzonego przez uzwojenie stojana.
Silnik asynchroniczny składa się z 2 podstawowych części: nieruchomego stojana, wykonanego z
ferromagnetycznych blach elektrotechnicznych ze żłobkami na cewki uzwojenia, i ruchomego wirnika,
również wykonanego z blach ze żłobkami na uzwojenie. Przemienny prąd w symetrycznym, wielofazowym
uzwojeniu stojana powoduje powstanie w maszynie zmiennego pola magnetycznego od każdej z faz w taki
sposób, że wypadkowe pole jest tzw. polem wirującym, wirującym wzdłuż obwodu maszyny, czyli wokół
wirnika. Pole to w wyniku indukcji elektromagnetycznej (stąd inna nazwa silnika - silnik indukcyjny) powoduje
powstanie sił elektromotorycznych w uzwojeniu wirnika, pod wpływem których płyną tam prądy elektryczne,
które powodują powstanie magnetycznego pola wirującego wirnika. Oddziaływanie wirujących pól
magnetycznych: od stojana i od wirnika wywołuje powstanie momentu elektromagnetycznego działającego
na wirnik i, w konsekwencji, momentu obrotowego odpowiedzialnego za ruch wirnika.
Siła elektromotoryczna w uzwojeniach wirnika powstaje, gdy wirnik obraca się z prędkością inną niż
prędkość wirowania pola magnetycznego (nazywana prędkością synchroniczną). W typowych silnikach
pracy ciągłej przy obciążeniu znamionowym jest to o dwa do czterech procent mniej niż szybkość wirowania
pola magnetycznego (poślizg). Silnik asynchroniczny bez obciążenia uzyskuje obroty prawie równe obrotom
silnika synchronicznego. Silnik indukcyjny nie może kręcić się (bez pomocy zewnętrznego napędu) z
prędkością synchroniczną (poślizg=0), gdyż wówczas w uzwojeniu wirnika nie indukowałyby się napięcia i
nie płynęłyby prądy, w konsekwencji silnik nie uzyskiwałby momentu elektromagnetycznego. Zwiększenie
prędkości wirnika za pomocą zewnętrznego napędu ponad prędkość synchroniczną sprawia, że silnik staje
się generatorem - zaczyna wydawać do źródła zasilania uzwojenia stojana, czyli typowo do trójfazowej sieci
elektroenergetycznej, moc czynną. Nadal jednak pobiera ze źródła zasilania uzwojenia stojana prąd bierny i,
w konsekwencji, moc bierną. Prąd bierny potrzebny jest do wytworzenia pola wirującego w maszynie. Mówi
się, że maszyna indukcyjna magnesowana jest od strony stojana (od strony sieci zasilającej). Maszyny
asynchroniczne są maszynami odwracalnymi, tzn. w pewnych warunkach mogą pracować jako silniki
(1>poślizg>0, czyli prędkość wirnika większa od 0 i mniejsza od prędkości synchronicznej), a w pewnych
jako generatory (poślizg<0, czyli prędkość wirnika większa od prędkości synchronicznej), bez potrzeby
zmiany ich konstrukcji.
Maszyny, których wirniki wirują z prędkością synchroniczną, nazywa się maszynami synchronicznymi.
Budowa i działanie stojana jest identyczne jak w maszynach asynchronicznych, ale pole magnetyczne
wirnika jest wymuszane poprzez doprowadzenie osobnego napięcia stałego do uzwojenia wirnika (tzw.
uzwojenia wzbudzenia, innego niż w maszynie asynchronicznej i nie trójfazowego) lub przez magnesy stałe.
W ten sposób maszyna posiada magnesowanie własne i nie musi pobierać prądu biernego i mocy biernej z
sieci zasilającej uzwojenie stojana. Maszyna synchroniczna, jeśli nie zostanie do niej podane napięcie
wzbudzenia, a uzwojenie wzbudzenia zostanie zwarte, zachowuje się jak maszyna asynchroniczna z
niesymetrycznym (nie trójfazowym) uzwojeniem wirnika.
W chwili odłączenia silnika od zewnętrznego napięcia w wyniku bezwładności jego mas wirujących oraz z
powodu zjawiska komutacji, czyli faktu, że w wirniku strumień magnetyczny nie maleje skokowo do zera,
silnik również pracuje jako prądnica, a na jego zaciskach indukuje się napięcie związane z jego prędkością
(ponieważ prędkość maleje, to i częstotliwość napięcia indukowanego maleje). Część powstałej w ten
sposób energii można odzyskać, ładując np. akumulator. Wówczas taki sposób zatrzymywania nazywa się
hamowaniem prądnicowym.
Efekt wirowania pola jest uzyskiwany automatycznie w instalacjach trójfazowych, w instalacjach
jednofazowych konstruuje się układy uzwojeń, w których płynie prąd z przesunięciem fazowym, co uzyskuje
się przez zasilanie jednej fazy uzwojenia przez kondensator lub dodatkowe uzwojenie zwarte. Prędkość
wirowania silnika zależy od prędkości wirowania pola stojana. Prędkość wirowania pola stojana zależy od
częstotliwości napięcia zasilania oraz od konstrukcji uzwojeń (tzw. liczby par biegunów).
Uzwojenia wirnika mogą być wewnętrznie połączone (zwarte - silnik zwarty) lub ich końcówki są przyłączone
do pierścieni ślizgowych przekazujących przez szczotki prąd na zewnątrz silnika (silnik pierścieniowy).
Wyprowadzone na zewnątrz uzwojenia są połączone przez oporniki lub zwarte. Oporniki podłącza się na
czas rozruchu silnika, następnie zmniejsza się opór i zwiera uzwojenia. Oporniki ograniczające prąd uzwojeń
wirnika stosuje się w celu zwiększenia momentu obrotowego i zmniejszenia prądu pobieranego przez silnik
(by nie przeciążyć instalacji zasilającej) szczególnie podczas rozruchu silnika lub w celu uzyskania
łagodnego startu silnika.
Szczególnym przypadkiem silnika zwartego (choć w zasadzie obecnie produkowane są głównie takie), jest
silnik klatkowy. Uzwojenie wirnika w takim silniku ma kształt klatki dla wiewiórki lub chomika (stąd angielska
nazwa - squirrel cage motor). Uzwojenia wirnika otrzymuje się poprzez zalanie klatki aluminium, bądź
(szczególnie w silnikach większych mocy) klatka wykonana jest ze spawanych mosiężnych prętów. Silnik
klatkowy charakteryzuje wyjątkowo wysoka trwałość, brak przekazywania prądu do części ruchomych przez
styki eliminuje iskrzenie i zużywanie się szczotek. Jedynymi elementami podlegającymi zużyciu są w nim
łożyska. Jego wadą jest trudny rozruch: przy dużym (bliskim znamionowemu) obciążeniu, silnik może w
ogóle nie ruszyć z miejsca, natomiast przy niewielkim lub braku obciążenia rusza bardzo gwałtownie.
Regulacja prędkości obrotowej przy zasilaniu bezpośrednio z sieci jest niemożliwa.
Zmianę kierunku obrotów silnika asynchronicznego trójfazowego uzyskuje się poprzez zamianę miejscami
dowolnych dwóch spośród trzech przewodów fazowych zasilających silnik. W przypadku silnika
jednofazowego, zmianę kierunku obrotów silnika uzyskuje się poprzez przełączenie kondensatora
rozruchowego z jednego uzwojenia na drugie. Wówczas uzwojenie pracujące jako główne zamienia się w
pomocnicze (rozruchowe), a pracujące wcześniej jako pomocnicze, staje się uzwojeniem głównym dając w
rezultacie zmianę kierunku obrotów silnika.
Silnik synchroniczny - silnik elektryczny prądu przemiennego, w którym prędkość wirowania
wirnika jest równa prędkości wirowania pola magnetycznego wytworzonego przez nieruchome uzwojenia
stojana.
Podobnie jak w silniku asynchronicznym, silnik ten zwykle posiada trójfazowe uzwojenie stojana,
wytwarzające magnetyczne pole wirujące. Różnice występują w wirnikach tych silników. Starsze rozwiązania
budowy silników synchronicznych zakładają, że wirnik wykonany jest w postaci uzwojenia nawiniętego na
rdzeniu i zasilanego, za pośrednictwem pierścieni ślizgowych i szczotek, ze źródła prądu stałego lub
zmiennego. Wirniki te wykonuje się w dwojaki sposób, jako: wirniki cylindryczne (z utajonymi biegunami) lub
wirniki z biegunami jawnymi. Każdy biegun posiada własne uzwojenie nawinięte na rdzeniu bieguna.
Poprzez nadawanie odpowiedniego kształtu nabiegunnikom uzyskuje się odpowiedni rozkład wartości i
kierunku pola magnetycznego na obwodzie wirnika.
Wirniki z biegunami jawnymi
Wirniki z biegunami jawnymi, ze względu na znacznie ograniczoną wytrzymałość mechaniczną na siły
odśrodkowe, stosuje się zwykle w maszynach osiągających niezbyt duże prędkości obrotowe. Najczęstsze
zastosowania tej konstrukcji to silniki i wolnoobrotowe prądnice napędzane turbinami wodnymi
(hydrogeneratory).
Wirnik cylindryczny
Uzwojenie wzbudzenia wirnika cylindrycznego umieszcza się w wyfrezowanych w stalowym korpusie
żłobkach i zabezpiecza się przed wypadnięciem ze żłobków za pomocą klinów. Uzwojenie to zajmuje tylko
część obwodu wirnika (około 2/3 obwodu).
Wirniki takie są droższe od jawnobiegunowych, ale ze względu na dużą wytrzymałość mechaniczną są
stosowane w maszynach osiągających większe prędkości obrotowe. Konstrukcja ta znajduje zastosowanie
np. w szybkoobrotowych prądnicach (turbogeneratorach) osiągających z reguły prędkość 3000 obr/min (dla
50Hz) lulb 3600 obr/min (dla 60Hz) napędzanych turbinami parowymi lub gazowymi.
Zasada działania
Moment elektromagnetyczny
Wirujące pole magnetyczne wytworzone przez trójfazowe uzwojenie stojana - jako suma trzech
wektorów pola magnetycznego wytwarzanego przez trzy nieruchome uzwojenia umieszczone na stojanie
Po zasileniu uzwojeń stojana, wytworzone zostanie w nim wirujące pole magnetyczne. Jeżeli wyobrazić
sobie to pole jako wirującą parę biegunów, to nieobciążony namagnesowany wirnik ustawi się w osi pola
stojana i zacznie wirować wraz z tym polem synchronicznie. Siły działające między tak przedstawionymi
biegunami mają kierunki promieniowe, więc nie dają żadnego momentu obrotowego. Jeżeli wirnik obciążony
zostanie momentem hamującym, spóźni się nieznacznie względem wirującego pola. W ten sposób oś
wirnika nie będzie się już pokrywać z osią stojana, a siły działające między biegunami wywołają moment
mechaniczny, który przeciwstawi się momentowi hamującemu. Zmiany obciążenia nie powodują zmian
prędkości obrotowej wirnika (jak to ma miejsce w silniku asynchronicznym), lecz opóźnienie wirnika
względem wirującego pola, zmianę kąta opóźnienia. Maksymalna wartość kąta opóźnienia to 60°, powyżej
tej wartości silnik wypada z synchronizmu.
Wirnik zarówno w stanie jałowym (bez obciążenia) jak i przy obciążeniu obraca się ze stałą
prędkością, równą prędkości wirowania pola magnetycznego (z prędkością synchroniczną). Jeżeli jednak
moment obciążenia będzie większy niż maksymalny moment elektromagnetyczny silnika, maszyna
wypadnie z synchronizmu wirnik będzie okresowo hamowany i przyspieszany i po pewnym czasie zatrzyma
się.
Silnik krokowy, silnik skokowy – silnik elektryczny, w którym impulsowe zasilanie prądem
elektrycznym powoduje, że jego wirnik nie obraca się ruchem ciągłym, lecz wykonuje za każdym razem ruch
obrotowy o ściśle ustalonym kącie. Dzięki temu kąt obrotu wirnika jest ściśle zależny od liczby dostarczonych
impulsów prądowych, a prędkość kątowa wirnika jest dokładnie równa częstotliwości impulsów pomnożonej
przez wartość kąta obrotu wirnika w jednym cyklu pracy silnika. Kąt obrotu wirnika pod wpływem działania
jednego impulsu może mieć różną wartość, zależnie od budowy silnika – jest to zwykle wartość od kilku do
kilkudziesięciu stopni. Silniki krokowe, zależnie od przeznaczenia są przystosowane do wykonywania od
ułamków obrotu na minutę do kilkuset obrotów na minutę.
Zalety:
•
Kąt obrotu silnika jest proporcjonalny do liczby impulsów wejściowych.
•
Silnik pracuje z pełnym momentem w stanie spoczynku (o ile uzwojenia są zasilane).
•
Precyzyjne pozycjonowanie i powtarzalność ruchu - dobre silniki krokowe mają dokładność ok. 3 -
5% kroku i błąd ten nie kumuluje się z kroku na krok.
•
Możliwość bardzo szybkiego rozbiegu, hamowania i zmiany kierunku.
•
Niezawodne - ze względu na brak szczotek. żywotność silnika zależy zatem tylko od żywotności
łożysk.
•
Zależność obrotów silnika od dyskretnych impulsów umożliwia sterowanie w pętli otwartej, przez co
silnik krokowy jest łatwiejszy i tańszy w sterowaniu.
•
Możliwość osiągnięcia bardzo niskich prędkości synchronicznych obrotów z obciążeniem
umocowanym bezpośrednio na wale silnika.
•
Szeroki zakres prędkości obrotowych uzyskiwany dzięki temu, że prędkość jest proporcjonalna do
częstotliwości impulsów wejściowych.
•
Jedną z najbardziej znaczących zalet silnika krokowego jest możliwość dokładnego sterowania w
pętli otwartej. Praca w pętli otwartej oznacza, że nie potrzeba sprzężenia zwrotnego - informacji o
położeniu. Takie sterowanie eliminuje potrzebę stosowania kosztownych urządzeń sprzężenia
zwrotnego, takich jak enkodery optoelektroniczne. Pozycje znajduje się zliczając impulsy wejściowe.
Ponieważ (patrz: wady) w silniku krokowym może jednak wystąpić zjawisko gubienia kroków, np.
przy niewłaściwym sterowaniu lub nadmiernym obciążeniu silnika, nie można tej zalety traktować
jako gwarantowanej dla każdego silnika krokowego i dowolnych warunków jego pracy.
Wady:
•
Rezonanse mechaniczne pojawiające się przy niewłaściwym sterowaniu.
•
Trudności przy pracy z bardzo dużymi prędkościami.
•
W praktyce małe maksymalne obroty: rzędu kilku-kilkuset obrotów na minutę.
•
Występuje zjawisko gubienia kroków
•
Duży pobór prądu
•
Duża emisja ciepła
13.Falowniki
Falownik (ang. inverter) – urządzenie elektryczne zamieniające prąd stały, którym jest zasilane, na
prąd zmienny o regulowanej częstotliwości wyjściowej. Jeśli w falowniku zastosuje się modulację szerokości
impulsów PWM (ang. Pulse Width Modulation), to równocześnie ze zmianą częstotliwości można regulować
wartość skuteczną napięcia wyjściowego.
Dawniej stosowane były falowniki tyrystorowe. Obecne w sprzedaży współczesne falowniki to
złożone urządzenia sterowane zaawansowanymi procesorami sygnałowymi, kontrolujące szereg
parametrów zasilanego silnika. Budowane są przy wykorzystaniu tranzystorów IGBT lub rzadziej, w
przypadku niższego napięcia zasilania tranzystorów polowych.
W zależności od rodzaju źródła zasilania falownika wyróżnia się:
•
falowniki napięcia – zasilane ze źródła napięciowego – na wejściu falownika jest kondensator, ew.
bateria kondensatorów o dużej pojemności,
•
falowniki prądu – zasilane ze źródła prądowego – na wejściu falownika prądu jest dławik.
Podział ze względu na zasilanie przemienników częstotliwości („falowników”):to są przetwornice
częstotliwości tj. AC/AC błędnie w handlu nazywane falownikami. Falownik zasilany jest tylko z obwodu
prądu stałego.
•
falowniki zasilane 1-fazowo (230 V ) z wyjściem 3-fazowym (3 x 230 V) – umożliwiają pracę silników
indukcyjnych trójfazowych (zwykle do 3 kW) ze znamionowymi parametrami, tam gdzie nie ma
zasilania trójfazowego (wymagają jednak zmiany układu połączeń z typowej dla silników małej mocy
„gwiazdy” na „trójkąt”).
•
falowniki zasilane 3-fazowo z wyjściem 3-fazowym (3 x 400 V)
Rodzaje sterowania charakterystyki pracy wyjściowej falownika:
•
charakterystyka liniowa U/f=const. (taśmociągi, podnośniki itp.)
•
charakterystyka kwadratowa U/f²=const. (wentylatory, pompy odśrodkowe itp.)
Falowniki zasilane są często z sieci prądu przemiennego przez niesterowany prostownik diodowy lub
sterowany prostownik tyrystorowy, ew. prostownik tranzystorowy. Taki układ, czyli prostownik + falownik +
obwód pośredniczący z kondensatorem (dla falownika napięcia) lub dławikiem (dla falownika prądu),
nazywany jest elektroniczną przetwornicą częstotliwości.
Zastosowanie
Falowniki przemysłowe (nazywane przemiennikami częstotliwości lub inwerterami) stosowane w
elektronicznych przetwornicach częstotliwości, służą głównie do regulacji prędkości obrotowej klatkowych
silników indukcyjnych. Mają obecnie dość szerokie zastosowanie w przemyśle, stanowią najwydajniejszy
sposób regulacji prędkości. W urządzeniach domowych stosowane są również do regulacji prędkości
obrotowej np. pralek. Zgodnie ze wzorem na prędkość obrotową silnika zmiana częstotliwości zmienia
prędkość obrotową silnika elektrycznego.
Wadą falowników ograniczającą powszechne stosowanie jest dość wysoka cena, wynikająca ze
skomplikowanej budowy. Jednak wraz z rozwojem elektroenergetyki i inżynierii materiałowej falowniki stają
coraz bardziej konkurencyjne.
14.Enkoder, rezolwer, induktosyn, liniał kreskowy, tarcza i liniał kodowy,
interferometr laserowy
Enkoder- przetwornik wykorzystywany do pomiaru ruchu obrotowego, wykorzystujący zjawisko
fotoelektryczne.
Zbudowany jest z obrotowej tarczy posiadającej nacięte szczeliny. Po jednej stronie tarczy
umieszczone są elementy wysyłające wiązkę światła, np.: dioda IR po drugiej zaś elementy światłoczułe,
np.: fotodiody. Wiązka światła podczas ruchu tarczy impulsowo trafia na elementy światłoczułe, w których
generowane jest impulsowe napięcie. Sygnał wyjściowy przetwarzany jest na drogę kątową tarczy.
W zależności od sposobu wykonania tarczy obrotowej wyróżnia się: enkodery przyrostowe
(mierzące przyrost drogi kątowej) lub enkodery absolutne (mierzące bezwzględną wartość kąta obrotu).
Rezolver jest to urządzenie służące do pomiaru kąta. Podobny do małego silnika elektrycznego. Stojan ma
dwa uzwojenia ustawione pod kątem prostym, a wirnik jedno uzwojenie, z którego odczytywany jest sygnał.
Induktosyn - przetwornik przystosowany do bezpośredniego pomiaru przesunięć linowych. Jest to
przetwornik mechaniczno-elektryczny o drukowanych uzwojeniach na stojanie i wirniku. Induktosyn
odbiorczy- wielkościami wejściowymi są napięcia doprowadzone do stojana, wielkością wyjściową jest
położenie kątowe wirnika, lub napięcie wirnika. Induktosyn może być typu liniowego albo kołowego z liniową
lub kołową skalą. Głowica i skala tego czujnika ma płaską budowę; cewka na „skali” wykonana jest metodą
fotochemiczną. Na płaskiej skali czujnika umieszczona jest cewka stojana. Induktosyn jest rodzajem
rezolvera o płaskiej budowie. W głowicy znajdują się dwie cewki przesunięte względem siebie w przestrzeni
o kąt 90°. Zmiana pozycji głowicy względem skali powoduje zmianę indukowanego napięcia. Induktosyn
może działać z modulacją amplitudy napięcia, indukując pulsujące pole magnetyczne, lub z modulacją fazy,
wytwarzając pole wirujące.
Liniał kreskowy- jest to przymiar pomiarowy z skalą stworzoną z ponacinanych linii
Tarcza i liniał kodowy
Interferometr laserowy
Pomiar odległości przy pomocy interferometru laserowego wykorzystuje fakt, że fala świetlna ma strukturę
periodyczną o dobrze określonej długości fali, która stanowi precyzyjny wzorzec długości.
- Rozdzielczość interferometru sięga 1nm
- względna niedokładność 10^-6
- zakres pomiarowy do kilkuset metrów
Dzielą się na:
- jednoczęstotliwościowe
- dwuczęstotliwościowe
Interferometr laserowy posiada możliwość kompensacji zmian temperatury, ciśnienia, wilgotności.
Typowy interferometr (np. ZLM 500) pozwala na rozwiązanie nastepujących zadań pomiarowych:
- pozycjonowanie
- przemieszczenie (rys. A)
- prędkość
- przyspieszenie
- kąt (rys. C)
- płaskość (rys. C)
- prostoliniowość (rys. D)
- drgania (rys. B)
Interferometr – przyrząd pomiarowy oparty na zjawisku interferencji fal. Zasada działania opiera się na
nakładaniu na siebie dwóch fal spójnych, co prowadzi do powstania obszarów, wygaszania oraz
wzmacniania drgań. Obserwacja powstających wzorów interferencyjnych umożliwia po odpowiednich
obliczeniach uzyskanie bardzo dokładnych pomiarów.
W ten sposób można mierzyć odległość albo określić przestrzenne wymiary badanego obiektu.
Interferometry optyczne wykorzystują do badań fale świetlne i mają najszersze zastosowanie. Niekiedy do
pomiarów interferometrycznych wykorzystuje się mikrofale lub elektrony, które w skali mikroświata, mogą być
traktowane jak fala materii. Wyróżnia się interferometry jednowiązkowe, dwuwiązkowe i wielowiązkowe.
15.Prądnica tachometryczna i przetwornik obrotowo-impulsowy
prądnica tachometryczna i przetwornik obrotowo-impulsowy
Prądnica tachometryczna – prądnica, w której wytworzone napięcie jest proporcjonalne do
prędkości obrotowej wirnika i wykorzystywana jedynie jako źródło sygnału proporcjonalnego do prędkości
(nie jest obciążana).
Podstawowe typy prądnic tachometrycznych – prądnica komutatorowa, prądnica synchroniczna. W
tej drugiej sygnałem jest napięcie zmienne którego częstotliwość (prócz amplitudy) proporcjonalna jest do
prędkości obrotowej.
Przetworniki obrotowo-impulsowe są to urządzenia, które wytwarzają określoną ilość impulsów na
jeden obrót. Mogą służyć do określenia przemieszczeń kątowych, prędkości obrotowej, przemieszczenia
liniowego. Dodatkowy kanał z jednym impulsem na obrót pozwala wyznaczyć liczbę wykonanych obrotów
lub położenie odniesienia. Absolutne przetworniki obrotowo-impulsowe tzw. kodowe są specjalistycznymi
urządzeniami, których zasadą działania jest podawanie pozycji położenia kątowego za pomocą kodu
odczytywanego z tarczy kodowej. Położenie jest podawane w kodzie: binarnym, GRAY'a, BCD lub innym.
16.Czujniki stykowe, dotykowe
Czujnik (sensor) – fizyczne bądź biologiczne narzędzie będące najczęściej elementem składowym
większego układu, którego zadaniem jest wychwytywanie sygnałów z otaczającego środowiska,
rozpoznawanie i rejestrowanie ich.
Czujnik to urządzenie dostarczające informacji o pojawieniu się określonego bodźca, przekroczeniu
pewnej wartości progowej lub o wartości rejestrowanej wielkości fizycznej. W tym ujęciu układ czujnika
składa się z: czujnika, przetwornika oraz często układu kondycjonowania sygnału i telemetrycznego.
Najczęściej spotykanymi czujnikami są czujniki dostarczające informację w jednej z wielkości elektrycznych,
takich jak: napięcie, natężenie prądu, opór elektryczny. Przyczyną tego jest fakt, że prąd elektryczny to
sygnał, który łatwo wzmocnić, przesłać na duże odległości, poddać dalszemu przetwarzaniu przy użyciu
technik cyfrowych i komputerów, a także zachować
Czujnik stykowy (zw. również dotykowym) to taki czujnik, w którym przepływ mierzonego sygnału,
parametru, wielkości fizycznej między czujnikiem a badanym obiektem odbywa się przez styk (dotyk) ww.
elementów.
17.Przetworniki sił i naprężeń
Pomiary siły i naprężenia mechanicznego.
Do pomiaru naprężenia wykorzystuje się zjawisko zmiany rozmiarów badanego przedmiotu pod wpływem
naprężenia.
Tensometr rezystancyjny jest to czujnik przeznaczony do pomiarów naprężenia mechanicznego.
Tensometr jest wykonany z metalowego drutu. Zmiana rezystancji dR tensometru jest proporcjonalna do
naprężenia mechanicznego.
dR=kR ɛ=kR
δ
E
gdzie:R - rezystancja tensometru bez naprężeń,k - stała
tensometryczna czujnika,e - wydłużenie względne,s - naprężenie,E - moduł sprężystości Younga.
Maksymalna zmiana rezystancji wynika z wartości stałej tensometru k oraz wydłużenia względnego (e) w
zakresie odkształceń sprężystych. Materiały wykorzystywane do budowy tensometrów powinny
charakteryzować się małą wartością współczynnika temperaturowego rezystancji. Najczęściej stosuje się
stopy takie jak: konstantan, nichrom, manganin, chromel. Istnieje kilkadziesiąt typów tensometrów
rezystancyjnych, które różnią się min. wymiarami geometrycznymi, wartością rezystancji spoczynkowej
(niskoomowe od 100 do 200 Ohm, wysokoomowe od 500 Ohm do 5 kOhm) oraz rodzajem folii izolacyjnej.
Przykładowe rodzaje tensometrów rezystancyjnych
Tensometr najczęściej pracuje w układzie mostka Wheatstone'a. W układzie tym, oprócz tensometru
czynnego stosuje się tensometr kompensacyjny, którego zadaniem jest ograniczenie wpływu temperatury na
pomiar. Tensometr kompensacyjny nie może być poddany mierzonym naprężeniom i powinien znajdować się
w tej samej temperaturze co tensometr czynny.
Siłę F mierzy się pośrednio - poprzez pomiar skutków jej działania np. wykonując:
1. Pomiar względnego odkształcenia e lub pomiar bezwzględnego odkształcenia Dl elementu
sprężystego o długości l, przekroju poprzecznym S i module Younga E
2. Pomiar przyśpieszenia a obiektu o znanej masie m, F = am Małe wartości odkształcenia sprężystego
przetwarza się na wielkość nieelektryczną za pomocą tensometrów, natomiast duże
przemieszczenie lub odkształcenie przetwarza się za pomocą przetworników indukcyjnościowych,
pojemnościowych i innych. Odpowiednio skonstruowany element sprężysty łącznie z przetwornikiem
odkształcenia lub przemieszczenia na sygnał elektryczny nazywa się przetwornikiem siły
(siłomierzem lub dynamometrem).
3. Zależnie od wartości mierzonej siły stosuje się odpowiednio skonstruowane elementy sprężyste
a. do pomiaru małej wartości siły (do 5 kN) stosuje się np. pierścieniowe elementy sprężyste
b. do średnich wartości (od 5 do 100 kN) stosuje się np. elementy w kształcie rury
c. do pomiarów dużych sił (ponad 100 kN) stosuje się elementy sprężyste o kształcie walca
4. Naprężenie mechaniczne s można obliczyć jako iloczyn względnego wydłużenia e i modułu Younga
materiału elementu, na który działa siła w kierunku prostopadłym do przekroju.
5. Do pomiaru siły szybkozmiennej (do kilkudziesięciu kHz), często stosuje się przetworniki
piezoelektryczne (najczęściej kwarcowe).
Przy pomiarach małych sił lub małych naprężeń stosuje się tensometry półprzewodnikowe, których czułość
jest ok. stu razy większa niż tensometrów metalowych. Tensometry półprzewodnikowe są wrażliwe na
zmiany temperatury i nie nadają się do pomiarów dokładnych.
Tensometry poprzeczne zmieniają swoją rezystancję tylko pod wpływem temperatury. Są to tzw. tensometry
kompensacyjne, które uniezależniają wynik pomiaru od zmian temperatury. Wagi działają w zakresie od
pojedynczych gramów do setek kilogramów.
Czujniki magnetosprężyste są to czujniki do pomiaru bardzo dużych sił do MN.
Pod wpływem działającej siły zmienia się przenikalność magnetyczna rdzenia, a przez to indukcyjność
cewki.
L=mz
2
S/l
Presduktor jest to czujnik magnetosprężysty transformatorowy do pomiaru największych sił. Posiada dwa
uzwojenia przesunięte względem siebie o 90
o
i przesunięte o 45
o
względem działającej siły, uzwojenia są
umieszczone w rdzeniu ferromagnetycznym. Pod wpływem działającej siły w uzwojeniu wtórnym indukuje się
napięcie proporcjonalne do działającej siły.
PIEZOELEMENTY
Piezoelementy są to kryształki, które drgają gdy dostarczymy do nich energię, a jeżeli poddamy je naciskowi
to wytwarzają napięcie elektryczne, proporcjonalne do działającej siły.
F=dQ
Siła jest wprostproporcjonalna do ładunku zaindukowanego na powierzchni piezoelementu.
1/d=1/0,23*10
-11
C/N ,d - czułość piezoelementu
18.Interpolator (interpolacja)
Rzeczywisty tor przemieszczania się końcówki robota często nie pokrywa się z torem określonym w
programie. Tor, wzdłuż którego przemieszcza się końcówka robota, jest konsekwencją przemieszczania się
każdego z napędów łańcucha kinematycznego, które jest zgodne z wektorem przemieszczenia, który z kolei
jest wynikiem realizacji algorytmu sterującego według określonych wartości sterowniczych związanych z
ruchem robota.
Fakt, iż tor rzeczywisty, po którym przemieszcza się końcówka robota, nie pokrywa się z torem
określonym w programie, widać wyraźnie, gdy trajektoria zawarta w programie jest sumą kilku krzywych (np.
interpolowanych naprzemiennie "po prostej" i "po okręgu"). Jest tak dlatego, że po każdym odcinku
następuje bardzo krótkie zatrzymanie się robota w celu sprawdzenia położenia względem punktu
docelowego. Po chwilowym zatrzymaniu się końcówki robota następuje natychmiastowe przemieszczenie
się do następnego punktu. Dlatego też odwzorowanie toru zaprogramowanego nie jest płynne i nie pokrywa
się dokładnie z torem zadanym.
Różnice są konsekwencją konieczności dokonywania ciągłych pomiarów jakości odwzorowywania
drogi zadanej. Odchyłki te są odchyłkami dynamicznymi, ponieważ nie mogą przekraczać wartości
dopuszczalnej, określonej dokładnością algorytmu sterowania (błąd odwzorowywania trajektorii).
Bloki programowe określające pozycje pośrednie (inaczej podporowe) manipulatora, gwarantujące
zachowanie właściwego kształtu toru, nazywają się „interpolatorami trajektorii” (kształtują parametry
zaprogramowanego kształtu trajektorii). Interpolator oblicza współrzędne punktów pośrednich , trajektorii
zgodnie z zadanym wzorcem drogi robota.
19.Rodzaje ruchów w obrabiarce
Rodzaje ruchów w obrabiarce
1)Decydujące o kształtach i wymiarach przedmiotu: kształtowania, podziałowe, nastawiania wymiarowego
2)Decydujące o intensywności procesu obróbkowego:
a) główny – ruch względem narzędzia i przedmiotu obrabianego, wartość określona przez prędkość
skrawania Vc w danym miejscu i względem wybranego punktu leżącego na krawędzi,
b) posuwowy – uzupełnia ruch główny i prowadzi do jego powtórzenia i ciągłości. Wyrażany przez Vf.
Ve – wartość prędkości wypadkowej Vc i Vf
20.Podział obrabiarek (tradycyjne, specjalne, itd..)
Obrabiarki:
•
numeryczne
•
tradycyjne
•
specjalne
•
…......??
Rodzaje obrabiarek
•
skrawające
•
tokarki
•
wielonożowe
•
kopiarki
•
półautomaty i automaty tokarskie
•
uchwytowe
•
kłowe
•
tarczowe
•
rewolwerowe
•
karuzelowe
•
zataczarki
•
wiertarki
•
stołowe
•
kolumnowe
•
promieniowe
•
współrzędnościowe
•
wielowrzecionowe
•
frezarki
•
poziome
•
pionowe
•
wiertarko-frezarki
•
wytaczarki
•
frezarko-wytaczarki
•
piły
•
strugarki
•
dłutownice
•
Fellowsa do kół zębatych
•
przeciągarki
•
do otworów
•
do płaszczyzn
•
szlifierki
•
do płaszczyzn
•
do otworów
•
honownice
•
dogładzarki
•
docieraczki
•
polerki
•
obrabiarki ultradźwiękowe
•
do obróbki plastycznej
•
młoty
•
kuźniarki
•
prasy
•
hydrauliczne
•
pneumatyczne
•
mimośrodowe
•
balansowe
•
kolanowe
•
walcarki
•
ciągarki
•
do drutów
•
do rur
•
erozyjne
•
elektrodrążarki
•
wtryskarki
21.Wydajność obróbki
Jest to objętość materiału usuwanego (skrawanego) z przedmiotu w trakcie jednostki czasu Q [cm
3
/min]
22.Wrzeciono HSK
Porównanie uchwytów frezerskich ISO (SK) i HSK
Stożek ISO :
zacisk z zewnątrz
•
ze względu na swoje rozmiary posiadają stosunkowo dużą masę,
•
kontakt z wrzecionem jest tylko na powierzchni stożka,
•
mocowanie odbywa się za pomocą zabieraka,
•
mała sztywność,
•
zacisk od zewnątrz -> podczas obrotów siła odśrodkowa zmniejsza siłę zacisku,
•
przy wyższych prędkościach obrotowych stożek ma tendencje do „odklejania” się od gniazda
wrzeciona, przez co jeszcze tracimy na sztywności a jednocześnie zwiększa się bicie promieniowe –
to z kolei prowadzi do wibracji,zmniejszenia żywotności narzędzia i pogorszenia jakości powierzchni
frezowanej. Szacunkowo graniczną prędkością obrotowa dla stożków ISO to przedział12'000 –
14'000 obr/min.
Stożek HSK:
zacisk od wewnątrz
•
mniejsze rozmiary, mniejsza masa,
•
lepsze możliwości wyważenia,
•
kontakt z wrzecionem przez powierzchnie czołową i stożek,
•
mocowanie od wewnątrz stożka, dzięki temu mamy większą siłę mocowania oraz większą sztywność
całego układu, mocowanie jest też znacznie bliżej samego narzędzia jak w przypadku stożka ISO,
•
stożek HSK jest niewrażliwy na wysokie prędkości obrotowe, przez co z powodzeniem jest
stosowany zwłaszcza w obróbce szybkościowej HSM. Zakres prędkości obrotowych 0 - 60'000
obr/min.
Porównanie nominalnej sztywności promieniowej dla różnych typów mocowania narzędzi:
Typowa wartość bicia promieniowego pomiędzy uchwytem a wrzecionem jest następująca:
•
HSK: ok. 2 - 5µm
•
ISO: ok. 10 - 30µm
Poniższy wykres prezentuje zależność czasu eksploatacji freza od bicia promieniowego układu oprawka-
frez:
Większe bicie oznacza krótszy czas eksploatacji frezów, większe koszty oraz pogorszenie jakości
powierzchni obrabianej. Przeprowadzone próby pokazują, że zmniejszenie bicia narzędzi o 10 µm wydłuża
ich okres eksploatacji dwukrotnie!
Jak widać w przypadku stosowania typowej obróbki konwencjonalnej (frezowanie z niskimi
prędkościami skrawania do ok. 10'000 rpm) - stożek ISO będzie wystarczający. Natomiast, jeśli mamy
zamiar wejść w obszar wydajnej obróbki szybkościowej, na powodzenie obróbki, czyli na wydajność, jakość
powierzchni czy precyzję wymiarową wpływ stożka HSK może okazać się decydujący.
Ale nie tylko w obróbce szybkościowej (HSM), bo w przypadku wysokowydajnej obróbki zgrubnej
(HPM) również korzystamy z zalet stożków HSK – czyli większej sztywności i większej siły mocowania. Dla
ciężkiej obróbki możemy zastosować odmianę stożka HSK – wersję A, gdzie oprawki przenoszą moment
obrotowy nie tylko siłą tarcia, ale również za pomocą kamieni zabieraka.
Stosowanie uchwytów typu HSK niesie więc za sobą lepszą jakość, poważne oszczędności i
korzyści ekonomiczne dla użytkowników.
Skontaktuj się z nami, aby dowiedzieć się więcej o aspektach wydajnego frezowania i możliwościach
zwiększania wydajności i zyskowności frezarek CNC.
23.Obrabianie HSC, HPC
Obróbka z dużymi prędkościami skrawania (HSC – High Speed Cutting)
Obiegowa definicja zakłada 5, 10 krotne – zależnie od materiału obrabianego – zwiększenie prędkości
skrawania vc w stosunku do wartości spotykanych w obróbce konwencjonalnej. (na wartość vc można
wywierać wpływ za pomocą prędkości obrotowej wrzeciona n i średnicy narzędzia d )
HSC jest zależne w większej mierze od licznych parametrów technologicznych niż konwencjonalne
skrawanie:
• przekrój poprzeczny warstwy skrawanej
• prędkość skrawania
• zużycie narzędzia skrawającego
• warunki styku narzędzia z obrabianym materiałem.
Zwiększone prędkości skrawania prowadzą – przy zachowaniu progowej grubości warstwy skrawanej – do
zwiększonych posuwów, co z kolei wpływa na wzrost wydajności ubytkowej procesu (blisko dwukrotnie
większej niż przy skrawaniu konwencjonalnym).
Ze względu na ograniczoną moc wrzeciona nie można jednocześnie dowolnie zwiększać prędkości
skrawania i posuwu, duże prędkości i odpowiednio zwiększone posuwy posuwy wymuszają małą odległość
między sąsiednimi wierszami (torami) narzędzia.
Obróbka wysokowydajna (HPC)
Przez pojęcie obróbki wysokowydajnej (HPC) rozumie się często w praktyce przetworzenie mocy,
dysponowanej przez wrzeciono główne, w maksymalną objętość materiału usuwanego w jednostce czasu.
W tym celu rezygnuje się – w przeciwieństwie do HSC – z maksymalnej prędkości skrawania na korzyść
większych posuwów i dosuwów.
•
HSC jest predestynowana głównie do obróbki wykończeniowej,
•
HPC przede wszystkim do obróbki zgrubnej i kształtującej.
•
HPC łączy zalety HSC w odniesieniu do obróbki wykończeniowej z dużą wydajnością ubytkową
uzyskiwaną podczas obróbki zgrubnej, dzięki stosowaniu średnich prędkości skrawania oraz dużych
posuwów i dosuwów narzędzia.
Document Outline