Podstawy konstrukcji maszyn

technologicznych

Opracował:

Andrzej Jałowiecki

Spis treści

1.

Odbiór geometryczny ...................................................................................................................... 3

2.

Wyznaczanie mocy biegu jałowego ................................................................................................. 5

3.

Wyznaczenie jednoskładowej sztywności statycznej tokarki ......................................................... 6

4.

Metody wykonywania gwintów ...................................................................................................... 8

5.

Automat tokarski ........................................................................................................................... 12

1. Odbiór geometryczny

Po pewnym okresie eksploatacji obrabiarka traci swoją dokładnośd na skutek zużywania się
poszczególnych jej elementów. Stopieo tej utraty musi byd oceniany ilościowo według ściśle
ustalonych kryteriów tak aby drogą odpowiedniego remontu doprowadzid obrabiarkę do stanu
prawidłowego. Odbiorca kupujący obrabiarkę również chcę wiedzied jakie dokładności może na niej
osiągnąd.

Wszystkie te wzglądy wymagają stworzenia ogólnych zasad czy norm pomiaru dokładności
obrabiarek. Głównie maja one służyd jako:



Wytyczne do wykonania obrabiarki z taką dokładnością jaka jest wymagana ze względu na jej
przeznaczenie



Kryterium do okresowego sprawdzania stanu i dokładności obrabiarki



Wytyczne do osiągnięcia odpowiedniej dokładności w czasie remontu obrabiarki



Środek do osiągnięcia odpowiedniego porozumienia między producentem i odbiorcą.

Powszechnie stosowane są dwie metody sprawdzania dokładności obrabiarki:

a) Sprawdzenie geometryczne polegające na bezpośrednim sprawdzeniu dokładności samej

obrabiarki w stanie spoczynku. Polega ono na określeniu wzajemnych połączeo i ruchów
elementów podstawowych w stosunku do odpowiednich wybranych osi i płaszczyzn
odniesienia

b) Próba pracą polega na sprawdzeniu pośrednim obrabiarki przez pomiar dokładności próbnie

obrobionych przedmiotów wykonanych w czasie normalnej pracy obrabiarki.

Metoda bezpośredniego sprawdzania geometrycznego szczególnie nadaje się w przypadku:



Gdy nie jesteśmy w stanie jednoznacznie określid jakie operacje będą wykonywane na
obrabiarce(obrabiarki uniwersalne)



W przypadku obrabiarek o dużych gabarytach(karuzelowe, obrabiarki ciężkie)

Sprawdzanie pośrednie obrabiarki przez pomiar obrobionego przedmiotu podaje wynik który jest
sumom wszystkich niedokładności obrabiarki i nie pozwala na jednoznaczne określenie przyczyny
niedokładności. Próbę pracy zazwyczaj przeprowadza się dla obróbki wykaoczającej w celu
sprawdzenia czy dana obrabiarka pozwala na prace w określonych klasach dokładności i pozwala
uzyskad odpowiednią chropowatośd powierzchni.

Pełny program badao i prób odbiorczych obrabiarki powinien obejmowad:



Oględziny makroskopowe



Sprawdzenie jakości materiałów użytych do budowy poszczególnych elementów



Sprawdzenie działania obrabiarki nieobciążonej



Sprawdzenie działania obrabiarki pod obciążeniem



Sprawdzenie bezpośredniej dokładności obrabiarki po działaniu pod obciążeniem



Próba pracą



Sprawdzenie sztywności obrabiarki oraz poszczególnych zespołów



Badania dynamiczne odporności na drgania



Pomiar zużycia mocy celem wyznaczenia współczynnika sprawności



Badania specjalne zależne od rodzaju obrabiarki

Pomiary bezpośredniej dokładności obrabiarki opisane zostały w normie PN-64/M-55650.

2. Wyznaczanie mocy biegu jałowego

Biegiem jałowym lub biegiem luzem obrabiarki nazywamy stan w którym obrabiarka nie wykonuje
operacji skrawania tj.: wrzeciono i posuwy mogą wykonywad ruch lecz nie są obciążone siłami
skrawania.

W celu wyznaczenia współczynnika sprawności dokonuje się pomiarów strat mocy w czasie biegu
luzem.

Straty mocy na biegu jałowym zachodzą:



W silniku elektrycznym



W mechanizmach obrabiarki

Straty mocy biegu luzem można wyznaczyd przez:



Pomiar drogi kątowej samohamowania wrzeciona



Pomiar mocy elektrycznej w sieci

W metodzie samohamowności wrzeciona wykorzystuje się zjawisko samohamowania łaocucha
napędowego po odłączeniu zasilania. W czasie samohamowania cała energia ruchu zamienia się w
pracę tarcia aż do momentu zatrzymania.

Pomiar przeprowadza się w następujący sposób:



Dokonuje się pomiaru w stanie ustalonych obrotów wrzeciona



Następnie w czasie samohamowania mierzy się liczbę obrotów jakie wykona wrzeciono do
momentu zatrzymania

W metodzie pomiaru mocy elektrycznej pobieranej z sieci wielkośd strat określa się mierząc pobór
mocy z sieci. Pomiar ten wykonuje się dla wszystkich prędkości wrzeciona. Na podstawie zmierzonych
wartości sporządza się wykres strat na poszczególnych stopniach obrotów wrzeciona.

Na podstawie wykresu można określid wielkości strat na poszczególnych ogniwach łaocucha
kinematycznego. Analiza strat mocy biegu luzem pozwala wyjaśnid przyczyny zwiększonych oporów
ruchu, którymi mogą byd: niedokładności wykonania poszczególnych elementów zbyt luźne
osadzenie wałków, niedostateczna sztywnośd.

3. Wyznaczenie jednoskładowej sztywności statycznej tokarki

Podstawową przyczyna niemożliwości uzyskania odpowiedniej dokładności wymiarowo-kształtowej
jest niedostateczna sztywnośd obrabiarki lub poszczególnych zespołów. W związku z powyższym do
programu badao odbiorczych coraz częściej wprowadza się pomiary sztywności. W trakcie tych badao
układ obrabiarki poddawany jest obciążeniu siłami skrawania lub częściej siłami statycznymi
imitującymi siły skrawania. Pod wpływem tych sił powstają różne odkształcenia i przemieszczenia.
Pomiar zaistniałych odkształceo pozwala na wyciągnięcie odpowiednich wniosków:



Przewidywanej dokładności obrabiarki



Ujawnienia jakościowego i ilościowego wpływu poszczególnych elementów na
niedokładności



Ujawnienie najbardziej podatnych elementów



Oceny porównawczej jakości eksploatowanej obrabiarki



Odporności układu na drgania

Sztywnośd jest to stosunek uogólnionej siły wywołującej odkształcenie do wielkości uogólnionego
przemieszczenia.

Gdzie:

j- sztywnośd *N/μm]

P- siła *N+

f- przemieszczenie [μm]

Wartością odwrotną do sztywności jest podatnośd i wyrażamy ją jako:

Badanie sztywności można przeprowadzad dwoma zasadniczymi metodami. Jeżeli siły obciążające
generowane są przez dynamometry w sposób statyczny mówimy wówczas o sztywności statycznej.

Natomiast jeżeli siły generowane są dynamiczne to mówimy o sztywności dynamicznej.

W celu prawidłowej analizy zjawiska należy wyróżnid dwa rodzaje sztywności:

a) Sztywnośd postaciowa nazywana również sztywnością sprężystą lub właściwą. Jest ona

wynikiem sprężystych własności materiałów z których zbudowane są poszczególne elementy
układu. Sztywnośd postaciowa może byd wyznaczona analitycznie dla prostych elementów
zgodnie z teorią sprężystości i wytrzymałości materiałów. Sztywnośd postaciowa głównych
elementów obrabiarki jakimi są korpus żeliwny o złożonych kształtach nie da się wyznaczyd
łatwo metodą analityczną a często jest to praktycznie niemożliwe.

b) Sztywnośd stykowa wynikająca z odkształceo sprężystych w miejscach styku dwóch

elementów połączonych mechanicznie. Sztywnośd ta zależy od luzów istniejących lub
powstających pod wpływem wytłaczania warstwy smaru, od chropowatości i sposobu
wykonania powierzchni stykowych oraz od rodzaju stykających się materiałów. Ze względu na
dużą ilośd czynników wpływających na sztywnośd stykową wyznaczenie jej metodami
analitycznymi jest bardzo utrudnione.

Przy obciążeniu okładu siłą działająca tylko w jednym kierunku mamy odczynienia z sztywnością
jednostkową lub podatnością jednostkowa. Jeżeli działamy więcej niż jedną siłą mówimy o sztywności
lub podatności wielkoskładowej.

W czasie badao poszczególne zespoły poddaje się stopniowo narastającemu obciążeniu. Dla każdej
wartości obciążenia odczytuje się przemieszczenie. Otrzymane wyniki nanosi się na wykres przebiegu
przemieszczeo pod wpływem obciążenia.

4. Metody wykonywania gwintów

Metody wykonywania gwintów można podzielid na:



Wykonywanie metodami odlewniczymi



Wykonywanie metodami obróbki plastycznej



Wykonywanie metodami obróbki skrawaniem

Korzystając z precyzyjnych metod odlewniczych można wykonywad gwint bezpośrednio w czasie
odlewania przedmiotu pomijając koniecznośd dalszej obróbki.

Gwinty można również wykonad za pomocą obróbki plastycznej. Głównie stosowaną metoda jest
walcowanie gwintów, jest to proces bardzo wydajny lecz nie tak dokładny jak nacinacie gwintów
metodami skrawania .

Wśród metod wykonywania gwintów metodami obróbki skrawaniem wyróżniamy:



Toczenie gwintów



Frezowanie gwintów



Szlifowanie gwintów



Wykonywanie gwintów za pomocą gwintowników i narzynek

Frezowanie gwintów

Frezowanie gwintów jest wydajnym sposobem wykonywania gwintów wewnętrznych

większych średnic oraz gwintów zewnętrznych:

Wyróżnia się:



nacinanie frezami wielokrotnymi (grzebieniowymi), stosowane do nacinania gwintów

krótkich (max średnica gwintu 200 mm. max długośd 30 mm, max skok 6 mm), zwłaszcza

w przemyśle maszynowym, samochodowym, obrabiarkowym i zbrojeniowym, gdzie

przeważa produkcja masowa; jest to jedyna metoda nacinania gwintów dochodzących do

kołnierzy i odsadzeo oraz przy gwintowaniu otworów nie przelotowych o większych

średnicach. gdy jest wymagane utrzymanie pełnego zarysu gwintu na całej ich długości; w

metodzie tej frez, dłuższy o minimum 2 zwoje od nacinanego gwintu, wcina się w

przedmiot na pełną głębokośd i dopiero wówczas włącza się obrót przedmiotu i posuw

wzdłuż osi gwintu; wszystkie zwoje gwintu są nacinane jednocześnie przy teoretycznie

jednym obrocie części gwintowanej (w praktyce przedmiot obraca się o 1 1/6 do 1 3/8

obrotu. gdyż musi nastąpid wcinanie freza w materiał).



nacinanie frezami krążkowymi pojedynczymi, stosowane do nacinania gwintów długich

zewnętrznych (o średnicy do 200 mm i długości do 5 m) i wewnętrznych (o średnicy od 18

do 175 mm) o dużych skokach; przy produkcji gwintów prostokątnych i trapezowych

frezowanie, ze względu na niemożnośd uzyskania dokładnego zarysu, stosuje się jako

obróbkę zgrubną.



nacinanie głowicami frezowymi (głowicami wirowymi), stosowane jako podstawowa

metoda obróbki gwintów grubych, charakteryzująca się dużą wydajnością i stosunkowo

wysoką dokładnością. Przy obróbce gwintów zewnętrznych stosuje się głównie głowice o

ostrzach umieszczonych na jej średnicy wewnętrznej. Umożliwiają one obróbkę gwintów

znacznych wymiarów (do średnicy d = 410 mm i długości 26 m.). Do obróbki gwintów

wewnętrznych (o średnicach od 25 do 100 mm i l/d<6) stosuje się głowice

jednoostrzowe.

Frezowanie gwintów prowadzi się na tokarkach, frezarkach i obrabiarkach specjalizowanych

do frezowania gwintów.

Szlifowanie gwintów

Szlifowanie gwintów stosuje się do wykaoczania dokładnych gwintów na częściach stalowych w
stanie twardym (sprawdziany gwintowe, dokładne śruby stosowane w przyrządach i maszynach,
gwintowniki, noże krążkowe do gwintu) Gwinty o małych średnicach (np. gwintowników lub
sprawdzianów gwintowych) często szlifuje się od razu w pełnym materiale bez uprzedniej obróbki
zgrubnej. Występują 3 zasadnicze metody szlifowania gwintów.

a) szlifowanie wzdłużne ściernicą o pojedynczym profilu (śruby o wysokiej dokładności np.

sprawdziany, śruby pociągowe, rolki do walcowania, części mało sztywne, gdzie jest
dopuszczalny tylko mały nacisk tarczy. gwinty o skoku ponad 6 mm, gdzie nie można stosowad
ściernicy wieloprofilowej),

b) szlifowanie wzdłużne ściernicą wielokrotną, stosowane do szlifowania gwintów z pełnego walca;

ściernice mają 5 - 7 profili, przy czym od strony rozpoczynania pracy mają stożkowo
ukształtowaną częśd wprowadzającą,

c) szlifowanie przez wcinanie (m. in gwinty znajdujące się blisko kołnierza lub stopnia, o średnicy

większej od 8 mm). w którym ściernica wielokrotna jest nieco szersza niż długośd gwintu i
początkowo wcina się na potrzebną głębokośd, a dopiero potem następuje szlifowanie przy
obracającym się przedmiocie.

Szlifowanie gwintów stosuje się na ogół w tych przypadkach. gdy gwintowanie głowicami,
walcowanie lub frezowanie nie mogą byd stosowane. Może to byd spowodowane rodzajem
obrabianego materiału, wymaganiem wysokiej dokładności wymiarowej lub gładkości powierzchni,
jak również specjalnym kształtem obrabianej części. Szlifowanie gwintów jest obróbką kosztowną,
prowadzoną na specjalnych szlifierkach i wymagającą wysoko wykwalifikowanej obsługi.

Toczenie gwintów

Toczenie gwintów jest dokładnym sposobem wykonywania gwintów na gotowo. Oprócz tego stosuje
się je jako operację wykaoczającą po innych sposobach kształtowania gwintów lub operację wstępną
przed obróbką cieplną i szlifowaniem. Łatwośd uzyskiwania gwintu o wymaganym zarysie czyni z
toczenia najbardziej uniwersalny sposób wykonywania gwintów Stąd toczenie gwintów stosuje się
dla gwintów specjalnie dokładnych, gwintów śrub pociągowych o zarysie prostokątnym lub
trapezowym, gwintów o dużych średnicach, o nienormalnym zarysie lub skoku oraz w przypadku
niewielkich serii obrabianych części. Właściwym zakresem toczenia gwintów zewnętrznych i
wewnętrznych jest produkcja jednostkowa i małoseryjna W produkcji wielkoseryjnej toczone są
jedynie gwinty specjalnie dokładne lub długie. Do toczenia gwintów stosuje się noże kształtowe
imakowe, oprawkowe, słupkowe lub oprawkowe stożkowe. Noże imakowe są zazwyczaj
wykonywane z pojedynczym zarysem, a no ze słupkowe l krążkowe - z zarysem pojedynczym lub
wielokrotnym.

Oś zarysu noża musi byd ściśle prostopadła do osi powierzchni, na której jest nacinany gwint,

a krawędź tnąca ściśle pozioma i położona dokładnie na wysokości kłów w celu nacięcia gwintu
należy wykonad od 12 do 50 przejśd.

5. Automat tokarski

W zależności od stopnia mechanizacji cyklu obróbkowego rozróżnia się półautomaty i automaty .

Półautomaty charakteryzują się tym że dostarczanie przedmiotu obrabianego na obrabiarkę jego
zamocowanie , odmocowanie i zdjęcie z obrabiarki dokonywane jest ręcznie . Natomiast sam cykl
obróbkowy odbywa się samoczynnie bez udziału obsługującego robotnika .Na automatach zarówno
cykl obróbkowy jak też czynności pomocnicze ( zamocowywanie i odmocowywanie przedmiotów
obrabianych ) wykonywane są samoczynnie bez udziału robotnika który tylko nadzoruje pracę
mechanizmów obrabiarki i narzędzi . Ponieważ półautomaty i automaty są obrabiarkami bardzo
złożonymi , przygotowywane one są do produkcji określanych przedmiotów przez pracowników (
nastawiaczy ) o wysokich kwalifikacjach . Natomiast podczas pracy nadzorowane są przez robotników
o niższych kwalifikacjach .Istnieje duża liczba rodzajów półautomatów i automatów i różne kryteria
ich podziałów . Najbardziej podstawowe kryterium podziału to liczba wrzecion . Zatem ogół
półautomatów i automatów można podzielid na półautomaty i automaty jednowrzecionowe oraz
półautomaty i automaty wielowrzecionowe .W oparciu o tę podstawę podział , klasyfikacja
półautomatów i automatów przedstawia się w sposób następujący :

I Półautomaty tokarskie

1 Półautomaty jednowrzecionowe .

a)

Wielonożowe kłowe lub uchwytowe

b)

Kopiowe ( kopiarki )

c)

Rewolwerowe

II Automaty tokarskie .

1)

Automaty jednowrzecionowe

a)

Poprzeczne , kłębkowe lub prętowe

b)

Wzdłużne

c)

Rewolwerowe

2)

Automaty wielowrzecionowe

a)

Poprzeczne

b)

Rewolwerowe

Półautomaty wielonożowe

Mogą byd budowane jako kłowe lub uchwytowe . Półautomaty kłowe mogą mied dwa suporty lub
więcej , mogą byd zwykle , bramowe lub pionowe .Półautomaty wielonożowe uchwytowe spotykane
są nader rzadko . W krajowym przemyśle maszynowym najczęściej spotykane są półautomaty
wielonożowe kłowe zwykle z dwoma suportami . Półautomaty te odznaczają się następującymi
właściwościami :

a) Mogą byd „ uzbrojone „ w znaczną liczbę noży ( do 20 ) ;

b)

Przeznaczone są w głównej mierze do obróbki zgrubnej wałków wielostopniowych (

obróbka odkuwek matrycowych ) ;

c)

Na skutek jednoczesnej pracy wielu noży wydajnośd wielonożówek jest większa od

wydajności zwykłych tokarek kłowych ; dlatego stosuje się je w produkcji seryjnej

d)

Na skutek jednoczesnej pracy wielu noży dokładnośd obróbki na wielonożówkach jest

stosunkowo niewielka ( drgania ) . Ekonomiczna dokładnośd średnic otrzymywanych na
wielonożówkach odpowiada klasie 12 do 11 , na zwykłych tokarkach kłowych – kl. 10 do 9 . Podobnie
przedstawia się sprawa z gładkością powierzchni przedmiotów obrabianych ;

e)

Długośd drogi suportu przedniego jest mniejsza od długości toczenia ;

f) Nastawianie narzędzi jest czasochłonne (od dokładności nastawienia narzędzi w

znacznym stopniu zależy dokładnośd obróbki )

Półautomaty wielowrzecionowe

Spotykane są różne odmiany półautomatów wielowrzecionowych . Można je podzielid na dwie grupy
: poziome i pionowe .

Na poziomych półautomatach obrabia się przedmioty średnich i małych wymiarów i ciężarów .
Półautomaty poziome pod względem budowy są podobne do wielowrzecionowych automatów
uchwytowych.

Na półautomatach pionowych obrabia się przedmioty ciężkie i przedmioty o znacznych wymiarach (
do * 400 * 250 ) wymagające niekiedy zastosowania urządzeo dźwigowych Na półautomatach
wielowrzecionowych obrabia się przedmioty wymagające wielu zabiegów ( np. toczenia , wytaczania ,
wiercenia itp. ) .

Automaty tokarskie

Automaty jednowrzecionowe poprzeczne przeznaczone są do masowej i wielkoseryjnej produkcji
przedmiotów krótkich ( długości do 25 * 100 * mm + ) o małej średnicy

( do 25 rzadko więcej mm ) i o prostych kształtach .

Automaty poprzeczne budowane są jako kłębkowe lub prętowe . Przy automatach kłębkowych
materiałem obrabianym jest kalibrowany drut o przekroju kołowym , sześciobocznym lub
kwadratowym nawinięty na bęben . Dlatego materiał obrabiany nie obraca się podczas obróbki .

Automaty jednowrzecionowe wzdłużne służą do toczenia za pomocą noży nieruchomych lub
przesuwających się promieniowo przy wzdłużnym roboczym przesuwie obrabianego pręta . Z reguły
obróbki dokonuje się na podtrzymce pręta .

Obrabiany pręt przesuwa się wraz z wrzeciennikiem lub wraz z tuleją wrzecionową . Przez kojarzenie
poprzecznych i wzdłużnych ruchów można otrzymad w wyniku obróbki powierzchnie stopniowane ,
stożkowe kształtowe bez potrzeby stosowania noży kształtowych .Automaty tego typu są
przeznaczone do wykonywania stosunkowo długich stopniowanych części o złożonym kształcie i
średnicy 4 * 25 *mm+ . Dokładnośd obróbki jest znaczna i wynosi 0,1 * 0,2 *mm+ dla wymiarów
wzdłużnych . Pręty przed obróbką muszą byd starannie przygotowane . Zalecane jest przeszlifowanie
prętów na szlifierkach bezkłowych . Tolerancja średnicy takich prętów wynosi 0,01 * 0,02 *mm+

Jednowrzecionowe automaty rewolwerowe przeznaczone są do masowej produkcji przedmiotów
obrabianych z prętów okrągłych , sześciobocznych i kwadratowych .

Automaty rewolwerowe są najwydajniejsze spośród wszystkich automatów jednowrzecionowych .
Dlatego też są one najbardziej rozpowszechnione .

Automaty wielowrzecionowe .

Cechą charakterystyczną automatów jednowrzecionowych jest to , że operacje wykonuje się w ścisłej
kolejności według planu – jedna po drugiej . Gdy wykonywana jest jedna operacja wówczas narzędzia
przeznaczone do wykonania innych operacji nie pracują .

Na automatach wielowrzecionowych można obrabiad jednocześnie można obrabiad jednocześnie
kilka przedmiotów . Dlatego wydajnośd automatów wielowrzecionowych jest 3 – 4 krotnie większa od
wydajności automatów jednowrzecionowych .Przedmioty obrabiane są przez narzędzie pojedyncze
lub zespołowe zamocowane w suportach poprzecznych i suportach wzdłużnych . Planowanie obróbki
na automatach wielowrzecionowych jest trudne i bardzo czasochłonne . Czas przygotowania
produkcji na automaty wielowrzecionowe jest przeciętnie 3 – 4 krotnie dłuższy niż na automaty jedno
wrzecionowe . Koszt automatów wielowrzecionowych jest znacznie większy od kosztu automatów
jedno wrzecionowych . Z tego powodu automaty wielowrzecionowe stosowane są przy produkcji nie

mniejszej niż 500



800 sztuk .