PRÓBA PRACĄ

Istnieją 2 metody sprawdzania dokładności obrabiarek:

1. Sprawdzanie geometryczne - polegające na bezpośrednim sprawdzeniu dokładności samej obrabiarki w stanie spoczynku. Polega ono na określeniu wzajemnych połączeń i ruchów elementów podstawowych w stosunku do odpowiednio wybranych osi i płaszczyzn odniesienia.

2. Próba pracą - polegająca na sprawdzaniu pośrednim obrabiarki, przez pomiar dokładności próbnie obrobionych przedmiotów, wykonywanych podczas pracy obrabiarki. Próbę ta przeprowadza się dla operacji wykańczających. Ma to na celu stwierdzenie, czy dana obrabiarka zezwala na dokładne produkowanie elementów maszynowych w odpowiedniej klasie dokładności lub pozwala określić jakość powierzchni wykonanych przedmiotów.

Metoda bezpośrednia nadaje się w przypadkach:

1. Gdy trudno jest z góry określić wyróżniające się podstawowe operacje, jakie będą wykonywane na danej obrabiarce, a więc przede wszystkim dla obrabiarek uniwersalnych.

2. Jeżeli przeprowadzenie próby pracą nastręcza dużo trudności np. dla tokarek przy dużym rozstawie kłów.

Pełny program badań i prób odbiorczych obrabiarki powinien obejmować:

1. Oględziny makroskopowe: prowadnice, tabliczki itp.

2. Sprawdzanie jakości materiałów użytych do budowy poszczególnych elementów

3. Sprawdzanie działania obrabiarki nieobciążonej: czy obroty są zgodne z podanymi na tabliczce, czy posuwy działają prawidłowo, czy właściwie działają urządzenia smarujące, czy łożyska wrzeciona nie nagrzewają się nadmiernie itp.

4. Sprawdzanie działania obrabiarki pod obciążeniem: należy zwrócić uwagę czy pod obciążeniem nie powstają drgania, czy koła zębate nie hałasują nadmiernie, czy łożyska się nie grzeją itp.

5. Sprawdzanie bezpośredniej dokładności geometrycznej obrabiarki przeprowadzone po działaniu pod obciążeniem

6. Próba pracą

7. Sprawdzanie sztywności obrabiarki i jej poszczególnych podzespołów

8. Badania Dynamiczne Odporności na drgania

9. Pomiar zużycia mocy celem wyznaczenia współczynnika sprawności

10. Badania specjalne w zależności od typu obrabiarki

Błędy geometryczne obrabiarki:

1. Błędy kształtu

• Błędy prostoliniowości prowadnicy

• Błędy płaskości prowadnic płaskich stołów i tarcz

Błędy położenia

• Błędy równoległości osi

• Błędy równoległości powierzchni

• Błędy prostopadłości osi

• Błędy równoległości powierzchni

• Błędy współosiowości osi

elementów w stosunku do prostych płaszczyzn odniesienia

3. Błędy przemieszczenia

• Błędy długości przemieszczeń

• Błędy kształtu okrągłego

• Błędy promieniowe

• Błędy osiowe

• Błędy czołowe

SZTYWNOŚĆ STATYCZNA

Sztywność statyczna - tego rodzaju badanie polega na obciążeniu układu obrabiarki siłami skrawania lub też częściej obciążeniom siłami statycznymi, imitującymi siły skrawania. Pod wpływem tych obciążeń powstają różne odkształcenia i przemieszczenia poszczególnych zespołów lub elementów obrabiarki. Pomiar zaistniałych w ten sposób odkształceń pozwala na przeprowadzenie analizy i wyciągniecie odpowiednich wniosków dotyczących:

• Przewidywanej dokładności obróbki na badanej obrabiarce

• Ujawnienie jakościowego i ilościowego wpływu poszczególnych elementów lub zespołów na niedokładność obróbki

• Ujawnienie najbardziej podatnych elementów

• Odporności układu roboczego na drgania

• Podstawy do ustalenia norm sztywności dla poszczególnych typów obrabiarek

• Oceny porównawczej obrabiarek rożnej konstrukcji

• Stworzenie podstaw do technologicznych obliczeń dokładności obróbki

Sztywność - sztywnością jakiegos elementu rozumie się stosunek uogólnionej siły wywołującej odkształcania w danym kierunku, do wielkości uogólnionej przemieszczenia.

Dla przemieszczenia liniowego sztywność wyraża się wzorem:

j = dP/df

j - sztywność [N/um]

P - siła [N]

f - przemieszczenie wyrażone w [um] i mierzone w kierunku działania siły P

Sztywność nie jest wartością stała i zmienia się wraz z obciążeniem.

Podatność - Jest to wartość odwrotna sztywności

w = 1/j = Δf/ΔP

Podatność mierzona jest w [um/N] stanowi przemieszczenie będące skutkiem działania jednostkowej siły P.

Podatność całkowita

w = w1 + w2 + ... wi

W przypadku siły wywołującej przemieszczenie kątowe podstawową zależnością dla określenia sztywności skrętnej jest:

j = dM/dϕ

M - moment w [Nm] wywołujący skręcanie

ϕ - kąt skręcania w stopniach lub radianach

Jednostka sztywności skrętnej jest: [Nm/stopien] lub [Nm/rad]

Badania sztywności można prowadzić 2 metodami:

1. Sztywność statyczna - jeśli siły obciążające układ obrabiarki będącej w stanie spoczynku generowane są za pomocą dynamometrów w sposób statyczny

2. Sztywność dynamiczna - jeżeli siły generowane są dynamicznie

Sposób 1 jest znacznie prostszy i łatwiejszy w realizacji.

Składowe rodzaje sztywności:

1. Sztywność postaciowa (sprężysta lub właściwa) - jest wynikiem sprężystych własności, z których zbudowane są poszczególne elementy układu. Może być wyznaczona dla prostych elementów drogą analityczną zgodnie z teorią sprężystości i wytrzymałości materiałów. Nie daje się wyznaczyć łatwo metoda analityczna lub jest to prawie niemożliwe dla głównych elementów obrabiarek np. korpusy żeliwne.

2. Sztywność stykowa - wynika z odkształceń sprężystych w miejscach styku dwóch elementów połączonych mechanicznie. Zależy od:

• Luzów istniejących lub powstających pod wpływem wytłaczania warstwy smaru

• Od chropowatości i sposobu wykonania powierzchni styku

• Rodzaju materiałów stykających się

wyznaczenia jej na drodze analitycznej jest utrudnione

Przy obrabiarkach małych udział sztywności sprężystej wynosi około 60-80%. Ze wzrostem wielkości obrabiarki udział sztywności sprężystej maleje a rośnie sztywność skokowa.

Odkształcenie powierzchniowe

X = k * p^m [um]

p - powierzchniowy nacisk jednostkowy [N/cm²]

k - współczynnik proporcjonalności zależy od chropowatości powierzchni i od rodzaju materiałów w um/[N/cm²]^m

m - wykładnik potęgowy

Bilans sztywności zespołu lub układu - analiza zmierzonych odkształceń wynikowych, w odniesieniu do konkretnego zespołu lub układu.

W czasie skrawania układ obrabiarka - przedmiot - narzędzia obciążony siłą skrawania, którą można rozłożyć na 3 składowe: Px, Py, Pz. Każda z tych składowych działa w innym kierunku.

Przy obciążeniu obrabiarki w kierunku Py mówimy o wyznaczaniu tzw. Sztywności jednostkowej lub podatności jednostkowej. Jeżeli na układ działamy 2 lub 3 składowymi tj. to sztywność wieloskładowa lub podatność wiloskładowa.

Pole Histerezy - jest proporcjonalne do energii zuzytej na pokonanie od tarcia w procesie obciążania i odciążania.

KOŁA ZĘBATE

W zależności od sposobu kształtowania zarysu zęba rozróżnia się:

1. Metodę kształtową - przy której krawędź skrawająca narzędzia ma zarys wrębu obrabianego koła, stosowaną w ograniczonym zakresie głównie do obróbki kół zębatych walcowych o zębach prostych

2. Metody obwiedniowe - najbardziej rozpowszechnione, przy których zarys boku obrabianego zęba powstaje jako obwiednia kolejnych położeń krawędzi skrawającej narzędzia, która zastępuje element współpracujący z obrabianym kołem (zębatka lub koło zębate), charakterystyczną cechą tej metody jest występowanie ruchu odtłaczania oraz to, że tym samym narzędziem ( o tym samym module) można obrabiać koła zębate o różnej liczbie zębów

3. Metodą kopiową - przy której zarys boku obrabianego zęba jest kształtowany przez narzędzie prowadzone według wzornika o zarysie takim samym jak zarys boku obrabianego zęba (stosowana rzadko, przede wszystkim do obróbki uzębień o dużych modułach)

W zależności od sposobu dokonywania podziału w celu obróbki kolejnych zębów (ruchy podziałowe) rozróżnia się:

1. Metodę podziałową - przy której ruch podziałowy następuje po całkowitym obrobieniu jednego wrębu lub zęba (np. frezowanie kształtowe, struganie obwiedniowe za pomocą narzędzia zębatki)

2. Metody ciągłe - przy których obróbka zębów i podział odbywają się nieprzerwanie, np. obwiedniowe frezowanie frezem ślimakowym lub dłutowanie dłutkiem Fellowsa.

Klasyfikacja trójwymiarowa - według tej klasyfikacji tworzy się nazwy obrabiarek do uzębień.

Frezowanie obwiedniowe kół zębatych walcowych - opiera się na zasadzie współpracy ślimaka, zastąpionego przez frez ślimakowy, z kołem zębatym. Aby zwoje Fryza ślimakowego były skierowane zgodnie z linią zębów obrabianego koła, oś frezu musi być skręcona pod kątem γ względem osi obrotu tego koła, gdzie kąt γ - kąt wzniosu linii śrubowej na walcu podziałowym frezu.

STRATY MOCY

Straty mocy biegu luzem - stanowić mogą znaczny procent mocy zainstalowanej na obrabiarce, a ich udział będzie tym większy, im wyższe prędkości obrotowe ma wrzeciono obrabiarki. Znajomość strat mocy biegu luzem staje się niezbędna dla dokładnego wyznaczenia charakterystyki dynamicznej obrabiarki.

Straty mocy biegu luzem obrabiarki można wyznaczyć przez”

• Pomiar drogi kątowej samohamowania wrzeciona (w tej metodzie zastosowano zjawisko samohamowania łańcucha napędowego po odłączeniu źródła energii od obrabiarki. W czasie samohamowania cała energia ruchu zmienia się w prace tarcia aż do chwili zakończenia ruchu). Energia wirujących mas zredukowana na wrzeciono obrabiarki wynosi: E=1/2 Jred * ω^2 [Nm]

• Pomiar mocy elektrycznej z sieci

Chwilowa wartość strat mocy biegu luzem silnika elektrycznego oraz obrabiarki wynosi:

ΔNsl + ΔNl = dE/dt = 1/1000 Jred * ω * dω/dt = 1/1000 Jred * ω * ε [kW]

Jred - moment bezwładności wirujących mas zredukowany na os wrzeciona obrabiarki

ε - opóźnienie kątowe wrzeciona obrabiarki

ω - prędkość kątowa wrzeciona obrabiarki

Opóźnienie kątowe - jest wykładnicza funkcja czasu o postaci ∈=ce-at (c i a wartości stale) o stosunkowo dużej stałej czasowej.

Pomiar straty mocy biegu luzem obrabiarki - przeprowadza się na wszystkich stopniach prędkości w następujący sposób. Dokonuje się pomiaru w stanie ustalonym prędkości obrotowej a następnie w czasie samohamowania mierzy się liczbę obrotów, jaka wykona wrzeciono do chwili zatrzymania się. Z kolei dla tych samych stopni prędkości dokonuje się pomiaru czasu samohamowania z założona na wrzeciono dodatkowa masa w kształcie tarczy o wyznaczonym analitycznie momencie bezwładności. Wartość strat mocy na biegu luzem obrabiarki określa się mierżąc pobór mocy z sieci prądu trójfazowego za pomocą watomierza. Pomiary te należy przeprowadzić przy każdej prędkości obrotowej wrzeciona w kolejności od najniższej do najwyższej. Na podstawie zmierzonych mocy wyznacza się wykres strat na poszczególnych stopniach obrotów wrzeciona obrabiarki. Z takich wykresów mozna wyciągnąć wnioski o wielkości strat w poszczególnych ogniwach łańcucha kinematycznego obrabiarki. Analiza strat mocy biegu luzem pozwala wyjaśnić przyczyny oporów ruchu, którymi mogą być miedzy innymi niedokładności wykonania kół zębatych, zbyt luźne osadzenie ich na walkach, niedostateczna sztywność wałków itp.

Moc prądu trójfazowego:

Nsl = 10^-3 * C * α [kW]

C - stała miernika

α - wskazania miernika

Straty mocy zachodza:

- w silniku elektrycznym (suma strat w zelazie, miedzi na wentylacje silnika oraz opor w łożyskach

- w mechanizmach obrabiarki (suma strat w parach kinematycznych)

---