Obrabiarki. Egzamin 18.09.98 w B 119 o 16.00

Obrabiarki do metali Wrotnego - podstawowa.

Projektowanie obrabiarek Wrotnego.

Podstawy konstrukcji obrabiarek Wrotnego.

Zarys kinematyki obrabiarek Paderewski.

Obrabiarki skrawające do metali Praca zbiorowa.

Automatyzacja obrabiarek.

Moc skrawania: N=P⋅V/c gdzie: P - siła

V - prędkość

c - sztywność materiału

Obrabiarka - maszyna technologiczna zdejmująca podczas skrawania nadmiar materiału ,nie jest napędzana siłą mięśni ani nie jest podtrzymywana przez człowieka.

Zadania zespołu obrabiarkowego:

• uzyskanie ruchów kształtowych

• uzyskanie ruchów skrawania

• uzyskanie ruchów ustawczych

• uzyskanie ruchów pomocniczych

• uzyskanie ustalenia położenia oraz zamocowania przedmiotu i narzędzia

Układ kształtowania składa się z układu geometrycznego (kształty narzędzia) oraz kinematycznego (ruch). Jego zadaniem jest uzyskanie określonego kształtu.

Zadania funkcjonalne:

• silniki jako źródło napędu

• skrzynki przekładniowe do przenoszenia i przekształcania ruchu

• elementy robocze przenoszące ruch na przedmiot obrabiany lub narzędzie (stoły suporty)

• uchwyty i przyrządy służące do ustalenia położenia i zamocowania przedmiotu lub narzędzia i połączenia z elementami obrabiarki

• urządzenia sterujące

• urządzenia pomiarowe i kompensujące

• urządzenia zabezpieczające i wyłączające

• urządzenia płynu obróbkowego i odprowadzania wiórów

• elementy nośne i wiążące

Układy sterowania obrabiarek:

• geometryczny stały - krzywki

• numeryczny stały - taśmy perforowane

• numeryczny zmienny - tablice i przekaźniki wtykowe

Układ współrzędnych obrabiarki - prostokątny prawoskrętny z osią z równoległą do osi wrzeciona lub prostopadłą do płaszczyzny mocowania narzędzia z osią „z” dodatnią w kierunku oddalania się elementu obrabianego.

Podział sterowań:

• punktowe (dotyczy wiertarek) nie ma ruchu w kierunku osi „x” i „y” podczas pracy wiertła

• odcinkowe - ruch np. w kierunku osi „z” potem „x” znowu „z” itd. (np. w tokarkach)

• ciągłe lub kształtowe - ruch narzędzia po łuku wymaga odpowiedniego programu

oraz :

• sterowanie otwarte - czytnik ,układ sterowania ,silnik krokowy - przeciążenie powoduje pomyłkę

• sterowanie zamknięte - korygujemy przesunięcie odczytując je na elemencie przesuwanym

• sterowanie odtwarzające - odwzorowanie wymiarów elementu ,na tej podstawie produkowane są inne elementy

• sterowanie adaptacyjne stałowartościowe - pewne parametry nie zmieniają swych wartości .To ekstremum stosowane jest w celu minimalizacji kosztów produkcji i podniesienia trwałości procesu.

• sterowanie adaptacyjne geometryczne (schemat str.3)

Klasyfikacja obrabiarek:

• podstawowy sposób obróbki

• przeznaczenie obrabiarki

• cechy konstrukcyjne obrabiarki

• rodzaj i sposób pracy narzędzi

• kształty obrabianych przedmiotów lub powierzchni

• sposób mocowania przedmiotów lub narzędzi

• stopień automatyzacji

• rodzaj sterowania

• wielkość przestrzeni roboczej

• masa obrabiarki

• moc silników napędowych

Działy obrabiarek:

• tokarki

• wiertarki i gwinciarki

• wiertarko - frezarki ,frezarko - wiertarki

• frezarki

• przecinarki ,nakiełczarki, przecinarko - nakiełczarki ,wycinarki ,pilnikarki

• strugarki, strugarko - frezarki, dłutownice, przeciągarki, przepycharki, wiórkarki

• szlifierki

• linie, zespoły i jednostki obróbcze

• pozostałe

Tokarki:

• kłowe

• uchwytowe - wielkości charakterystyczne to D i l<4d

• wielonożowe i rewolwerowe - stosowane do produkcji wielkoseryjnych

• automaty i półautomaty

• karuzelowe

• kopiarki

• do gwintów i zataczarki

Kłowe:

• uniwersalne

• uniwersalne precyzyjne - narzędziowe

• operacyjne produkcyjne

• produkcyjne zwykłe

• ze sterowaniem numerycznym odcinkowym

• ze sterowaniem numerycznym ciągłym

Stosowane do toczenia powierzchni zewnętrznych i wewnętrznych wzdłużnie i poprzecznie wiercenia rozwiercania gwintowania toczenia gwintów (tylko ze śrubą pociągową) toczenia stożków przy pomocy skrętu sań narzędziowych przesunięcia konika kopiowanie przy pomocy specjalnego narzędzia szlifowanie przy pomocy szlifierki suportowej

Automaty i półautomaty:

• wzdłużne - materiał obrabiany wykonuje ruch obrotowy i wzdłużny nóż wykonuje tylko ruch poprzeczny (ruchy za pomocą wału krzywkowego)

• poprzeczne - materiał wykonuje ruch obrotowy

• rewolwerowe - wykonanie elementu - jeden obrót wału

Tokarki karuzelowe:

H=(0,6-1) d

Jednostojakowe ze stałą i przesuwną belką oraz z przesuwnym stołem

Dwustojakowe ze stałą i przesuwną belką

Przesuwny stół lub belka umożliwia obróbkę dużych elementów

Wytyczne obliczeń projektowych:

Wielkością wyjściową jest maksymalna średnica toczenia nad łożem D = D_max­­

Średnica minimalna d­_min = 0,1D_max­

Pierwszym krokiem jest dobór n­­₁ n_max ϕ p - posuw

Następnie dobieramy moc silnika N = f (p, q, v)

N \ sprawność - mamy moc silnika

Wykres mocy w funkcji obrotów:

N

M

M = const

N = const

n_k

Sprzęgło zabezpiecza przed przeciążeniem w wyniku zbyt dużej mocy, wyłącznik termiczny jest stosowany w silnikach asynchronicznych.

Wiertarki i gwinciarki.

Wiertarki:

• promieniowe

• rewolwerowe

• wielowrzecionowe

• do głębokich otworów

Wielkości charakterystyczne wiertarek:

max . średnica wiercenia w pełnym materiale w stali o R­_m=600 MPa

Procesy wykonywane na wiertarkach:

• wiercenie, powiercanie, rozwiercanie pogłębianie, wytaczanie, gwintowanie

Wytyczne obliczeń projektowych:

• ustalenie rozpiętości średnic i rozpiętości prędkości

Prędkości przy rozwiercaniu są mniejsze niż przy wierceniu.

Wiertarko - frezarki, frezarko - wiertarki i wytaczarki, wiertarki współrzędnościowe

• wiertarko - frezarki łożowe, płytowe

• frezarko - wiertarki

• wytaczarki, wytaczarki precyzyjne

• wiertarki współrzędnościowe

- wiertarko - frezarka ze stołem obrotowym - możemy wykonać wiercenie frezowanie i toczenie przy jednym zamocowaniu elementu, dokładność obróbki 0,01mm

Wielkością charakterystyczną jest średnica wrzeciona.

Frezarki:

• wspornikowe - uniwersalne ze skrętnym stołem, poziome, pionowe ze skrętnym wrzeciennikiem, pionowe z wrzeciennikiem suwakowym o zmiennym wyciągu (promieniowe), precyzyjne narzędziowe, ze sterowaniem numerycznym odcinkowym i ciągłym

• łożowe ze stołem krzyżowym

• poprzeczne i bramowe

• produkcyjne wspornikowe ze stołem krzyżowym i wzdłużne

• karuzelowe i bębnowe

• kopiarki

• do gwintów i uzębień

Wielkościami charakterystycznymi frezarek są szerokość i długość stołu.

Przecinarki:

• tarczowe

• ramowe i taśmowe

• ścierne

nakiełczarki i przecinarko - nakiełczarki

wycinarki i pilnikarki

Strugarki, dłutownice, strugarko - frezarki, wiórkarki

Ruchem głównym jest ruch prostoliniowy.

Szlifierki:

Kamienie:

• ceramiczne

• bakelitowe

• krzemionkowe

• metalowe

Podział szlifierek:

• do wałków

• do otworów - karuzelowa, planetarna

• do płaszczyzn - obwodowa, czołowa

• ostrzarki

• polerki, dogładzarki, wygładzarki

• do obróbki kształtowej

• do uzwojeń i uzębień

Szlifierki uniwersalne mają możliwość szlifowania stożków, produkcyjne nie.

Honowanie - osełki wprowadzane są w ruch obrotowy i dociskane sprężynami.

Linie, zespoły i jednostki obróbcze.

Obrabiarki zespołowe:

• jednopozycyjne ze stołem stałym

• wielopozycyjne ze stołem wzdłużnym , obrotowym, pierścieniowym, z bębnem, liniowe

Linie obrabiarkowe:

• praca wzdłużna, równoległa, wzdłużno - równoległa

Przyczyny przestojów:

• narzędziowe - niesprawność narzędzi wymiana regulacja ustawienie

• z przyczyn wyposażenia technologicznego - niesprawność mechaniczna uszkodzenia rozregulowanie zanieczyszczenia

• organizacyjne - brak półfabrykatów energii elektrycznej niepunktualność personelu sprzątanie

• związane z przezbrajaniem do nowej produkcji

• związane z występowaniem braków

Zalety i wady obrabiarek zespołowych.

Zalety:

• znaczne skrócenie czasu maszynowego

• zastąpienie kilku obrabiarek ogólnego przeznaczenia

• zmniejszenie ilości pracowników

• wyeliminowanie transportu międzystanowiskowego

• zmniejszenie zapotrzebowania na powierzchnię produkcyjną

• zmniejszenie liczby braków z winy obsługi

• powiększenie zdolności produkcyjnej

• zwiększenie rytmiczności produkcji

• podwyższenie kultury i poziomu technicznego zakładu

Wady:

• trudności we wprowadzaniu zmian technologicznych

• trudności w przejściu na produkcję innego przedmiotu

• długie przestoje związane z przestrojeniem, wymianą narzędzi, usuwaniem uszkodzeń

• wyższe wymagania dla półfabrykatów

• duże koszty przy uruchamianiu produkcji

• wymagane wysokie kwalifikacje obsługi

Metody obróbki kół zębatych:

• frezowanie frezem krążkowym

• frezowanie frezem palcowym

• dłutowanie kształtowe

• metoda Fellowsa (str. 8 następne metody też) - przedmiot obrabiany obraca się, narzędzie również lecz w drugą stronę do tego wykonuje ruch wzdłuż osi nacinając zęby

• metoda Magga - listwa zębata nacina uzębienie na przedmiocie obracającym się i przesuwającym względem listwy

• metoda Sunderlanda - w tej metodzie przedmiot tylko obraca się a listwa przesuwa nacinając uzębienie

• frez obwiedniowy - jest to jedyna metoda by wykonać koło ślimakowe

Obróbka wykańczająca :

• dogniatanie dla kół miękkich

• wiórkowanie - zdejmowanie materiału po powierzchni ewolwenty

Docieranie kół jest możliwe dla kół hartowanych, czas docierania musi być krótki.

Długi czas powoduje zniekształcenie zarysu.

Podział kół stożkowych - rodzaj zazębienia:

• proste

• skośne

• łukowe

Wykonywanie kół zębatych łukowych :

• metoda Gleasou (str.9 inne też) - narzędzie z ostrzami na obwodzie wykonuje ruch obrotowy, przedmiot obrabiany obraca się w drugą stronę

• metoda Fiat Maminano - narzędzie i przedmiot obracają się w tę samą stronę, narzędzie ma ostrza ułożone w pojedynczą spiralę

• metoda Oerlikan - tak samo jak wyżej tylko ostrza ułożone np. w potrójną spiralę

• metoda Klingelnberga - frez palcowy

W przypadku zużycia kół wykonanych takimi metodami należy wymienić dwa koła współpracujące .

Mechanizmy służące do przenoszenia i przekształcania ruchu :

• przekładnie pasowe

• koła zębate - walcowe o zębach prostych, śrubowych, o osiach zwichrowanych

• przekładnie ślimakowe

• koła stożkowe

Mechanizmy w obrabiarkach.

Sterowanie skrzynkami przekładniowymi:

• wielodźwigniowe

• centralne - z dowolnym przełączaniem prędkości, z krzywkami czołowymi, z krzywką bębnową

• preselekcyjne - mechaniczne, hydrauliczne, elektryczne, elektryczno - hydrauliczne

• programowe - zawierają informacje dotyczące wymiarów elementów obrabianych oraz rodzaju obróbki

Wrzeciono - jest podstawowym elementem roboczym o głównym ruchu roboczym obrotowym ma za zadanie ustalenie i zamocowanie przedmiotu lub narzędzia, wprawienie w ruch obrotowy a czasami też posuwowy narzędzia i przejęcia sił wzdłużnych i poprzecznych oraz momentu skręcającego pochodzącego od sił skrawania.

Wrzeciona obliczamy ze względu na ugięcie i sztywność oraz na skręcanie.

Wytyczne do projektowania wałów łożyskowych:

1. Łożyska toczne

1. zalety :

• przystosowanie do pracy przy zmiennych prędkościach obrotowych

• możliwość nastawiania luzów poprzecznych

• małe opory ruchu, łatwość smarowania

• łatwość montażu

• duża nośność w stosunku do szerokości

• wysoka jakość

• normalizacja wymiarów

2. wady:

• ograniczenie iloczynu dm ⋅ n

• mała zdolność tłumienia drgań i odporność na obciążenia uderzeniowe

• hałaśliwość pracy

Zasady doboru łożysk

• układ sił

• sztywność

• wymagany max iloczyn dm⋅n

dm - średnia średnica łożyska

n - obroty

2)Łożyska ślizgowe.

Zalety:

• dobre tłumienie drgań

• niewrażliwość na uderzenia

• cichobieżność

• straty energii tylko na smarowanie

Wady:

• konieczność występowania pewnej prędkości powyżej granicznej

• konieczność występowania odpowiedniego kształtu zwężającego się w kierunku ruchu

• ciągłe dostarczanie oleju

• przy zmianach obciążeń zmiana odległości osi

• duża dokładność wykonania panewki i czopa

• konieczność zachowania lepkości oleju i jego czystości

Stosuje się je w obrabiarkach o dużej dokładności przy dużej prędkości obrotowej

3)Łożyska hydrostatyczne.

Zalety:

• nośność i sztywność niezależna od prędkości obrotowej

• brak zużycia ściernego

• mniejsza dokładność wykonania czopa i panewki

• mniejsze znaczenie błędów kształtu czopa i panewki

• duża sztywność , dobra zdolność tłumienia drgań

• dobre warunki wymiany ciepła

Wady:

• duży koszt wykonania

Znajdują zastosowanie w obrabiarkach ciężkich i o dużej dokładności

4)Łożyska aerostatyczne

• nie nagrzewają się

• stosowane w prędkościach 100.000 do 1 mln obrotów

5)Łożyska magnetyczne

• brak kontaktu między czopem a panewką

• duża trwałość nie zależna od prędkości obrotowej

• może pracować w niskich i wysokich temperaturach

• praca bezszmerowa

• duża zdolność tłumienia drgań, duża sztywność

Wały skrzynek przekładniowych.

Łożyskowanie - łożyska toczne

- łożyska ślizgowe w wolnoobrotowych skrzynkach posuwu

Śruby pociągowe.

Dokładność przemieszczeń przesuwu zależy od:

• mocowania i wykonania śruby

• łożyskowania śruby

• wielkości obciążenia

• warunków pracy (zanieczyszczenia warunki skrawania)

Śruby toczne - małe tarcie spoczynkowe, niezależne wartości sił tarcia od prędkości, możliwość wykasowania luzu, uzyskanie dużej sztywności dzięki zastosowaniu napięcia wstępnego.

Dla ciężkich obrabiarek stosuje się śruby hydrostatyczne

Zespoły prowadnicowe .

Połączeniami prowadnicowymi nazywamy odpowiednio ukształtowane i przylegające do siebie powierzchnie dwóch elementów umożliwiające zachowanie wzajemnego położenia.

Element ruchomy nazywamy prowadnikiem, nieruchomy prowadnicą.

Pod względem ruchowym są parami kinematycznymi o jednym stopniu swobody.

Najczęściej stosowane są prowadnice o styku bezpośrednim

Podział połączeń prowadnicowych:

Korpus - łączy w całość zespoły obrabiarki, oraz wiąże je z podłożem.

Projektowanie korpusów:

• sztywność korpusu

• odporność na drgania

• dogodność obsługi

• odprowadzanie wiórów

• łatwość wykonania montażu i demontażu

• rozmieszczenie wewnątrz korpusu zespołów napędowych i pomocniczych

• wygląd zewnętrzny

• masa

Na korpusy stosowano żeliwo - dobra odporność na drgania (dobrze je pochłania).

Kierunki rozwoju współczesnych tokarek.

Wymogi stawiane obrabiarkom:

• elastyczne i szybkie przezbrojenie, nastawienie programów sterowania na nową produkcję w małych seriach

• rozszerzenie możliwości wykonywania różnych zabiegów obróbkowych, nie tylko tokarskich

• skrócenie czasu wykonywania przedmiotu

• eliminacja potrzeby korzystania z innych obrabiarek

• eliminacja czasu i kosztów związanych z transportem

• eliminacja stosowania specjalnego oprzyrządowania

Rozszerzony zakres zabiegów na tokarkach wymaga:

• rozbudowanych zespołów narzędziowych (wielonarzędziowe głowice z narzędziami obrotowymi równoległymi i prostopadłymi do osi przedmiotu, wrzeciona przechwytującego)

• rozbudowanego układu sterowania na wiele osi

Tokarka musi posiadać:

• odpowiednie właściwości termiczne, statyczne i dynamiczne

• odpowiednie własności sterowania

• układ kontroli czynnej

Niezawodność uzyskiwana jest przez:

• diagnostykę

• zabezpieczenie programu sterowania przed kolizjami

• sprawdzenie symulacyjne

• stosowanie sprawdzonych rozwiązań konstrukcyjnych

• stosowanie nowych mniej zawodnych materiałów

Wyłącznik termiczny

Sprzęgło

N = const

Połączenia prowadnicowe

Prostoliniowe

Obrotowe

Ślizgowe

Toczne

O styku bezpośrednim

Aerostatyczne

Hydrostatyczne

Z otwartym obiegiem

Z zamkniętym obiegiem elementów tocznych

Otwarte

Zamknięte

Wewnętrzne

Zewnętrzne

---