Maszyna jest to urządzenie techniczne zawierające mechanizmy we wspólnym kadłubie służące do przetwarzania energii lub wykonywania określonych prac. Maszyny dzielimy na: technologiczne - służą do przetwarzania surowców i półfabrykatów i wytwarzania z nich gotowych surowców; obrabiarki skrawające, walcarki, młoty, prasy, maszyny: odlewnicze, górnicze, przędzialnicze, rolnicze; transportowe, energetyczne - maszyny które przetwarzają energię. Obrabiarka jest to maszyna technologiczna służąca do nadawania kształtu, wymiaru i gładkości powierzchni wyrobu przez zdjęcie naddatku materiału w postaci wióra. Energia jest to nagromadzona praca. Źródła energii: 31 węgiel kamienny, 10 w. Brunatny, 38 ropa gaz, 5 drewno, 2 spadki wody, 14 inne źródła. Podstawowe parametry maszyny technologicznej: praca, moc. Obrabiarki: podstawowy sposób obróbki, możliwości obróbcze: uniwersalne - szeroki zakres parametrów technicznych, różnorodność zadań; produkcyjne - mniejszy zakres parametrów, mają większą wydajność; specjalizowane: kołówki, podtorówki. Wydajność obróbki: jednostkowa, powierzchniowa, objętościowa. Dokładność: geometryczna (określa odchyłki wymiarów które mają wpływ na dokładność), kinematyczna (błędy wzajemnego ruchu), ustawiczna, wynikowa. Klasy dokładności IT0 - IT14. Klasa warsztatowa IT13. Obrabiarki przeciętnej dokładności mają IT7 (Z - zwykła dokładność, A - IT4 szczególnie wysoka dokładność, S - poniżej IT4). Etalon - największa dokładność płytek wzorcowych poniżej IT3. Ogólne zasady projektowania i konstruowania. 1.Rozpoznanie potrzeb. 2.Projektowanie. 3.Konstruowanie. 4.Wytworzenie maszyny. 5.Eksplatacja. 6.Utylizacja. Definicja konstrukcji: jest to układ struktur i stanów, sztucznego układu materialnego to jest konkretu uzyskanego dzięki celowym przekształceniom materii. Konstrukcja absurt, nic rzeczywistego. Rysunek jest sposobem zapisu konstrukcji. Kryteria w procesie projektowo - konstrukcyjne: 1.Racja celowości technicznej. 2.Racja ekonomiczna. 3.Racja możliwości wytwórczych. Kryteria działania: dokładność, wytrzymałość, sztywność, trwałość, sprawność. Kryteria użytkowe: wymiary przestrzeni roboczej, niezawodność. Kryteria wytwórcze: technologiczność, udział części normalnych i typowych. Optymalizacja w procesie projektowo - konstrukcyjnym. Metody optymalizacji: heurystyczna, analityczna (obiekt rzeczywisty, model fizyczny, model matematyczny, funkcja kryterialna). Metody optymalizacji z 2 niewiadomymi: gradientowa, montecarlo. Zasady konstrukcji. 1.Zasada optymalnego stanu obciążęń. 2.optymalnej stateczności. 3.sprawności. 4.tworzywa. 5.stosunków wielkości związanych. Zasady szczegółowe zasady optymalnego stanu obciążeń: 1.Polepszenie równomierności rozkładu obciążeń i naprężeń. 2.Zwiększenie liczby dróg przenoszenia obciążeń. 3.Zapewnienie korzystnego przebiegu obwodu sił. 4.Zapewnienie samoczynnego reagowania mechanizmów i elementów na zmieniające się warunki obciążeń. 5.Wyrównoważenie sił statycznych i dynamicznych w elementach i zespołach napędowych. 6.Zmniejszanie lub łagodzenie obciążeń uderzeniowych. Technologiczność konstrukcji. Dwie miary technologiczności: pracochłonność i materiałochłonność. Typizacja konstrukcji polega na racjonalnym zmniejszaniu różnorodności części do liczby wystarczającej w danych warunkach i w danym czasie. Unifikacja polega na konstruowaniu technicznie i ekonomicznie uzasadnionych optymalnie zróżnicowanych zespołów i części w celu szerokiego ich zastosowania do budowy wyrobów złożonych różnych typów i odmian. Normalizacja polega na sprowadzeniu różnorodności w powtarzalnych postaciach do stanu optymalnego zróżnicowania, określonego i ustalonego jednoznacznie w drukowanych dokumentach techniczno-prawnych zwanych normami. Wskaźniki typizacji i unifikacji. Wp-wskaźnik powtarzalności, zo-sumaryczna liczba części wchodzących w skład zespołu, zr-liczba części wymienionych w wykazach specyfikowanych, Wa-wskaźnik wykazalności, zt-liczba części typowych, Ui-wsk.unifikacji ilościowej, zu-liczba części zunifikowanych, Ua-wsk. Unifikacji wartościowej, Ko-koszt całej konstrukcji, Ku-suma kosztu elementów zunifikowanych Wp=zo/zr, Wa=zt/zo, Ui=zu/zo, Ua=Ku/Ko. Podział typowego procesu projektowo -konstrukcyjnego. 1.uzasadnienie potrzeb konstruowania. 2.założenia konstrukcyjne. 3.projekt wstępny. 4.projekt roboczy. 5.wykonanie prototypu. 6.badanie prototypu. 7.dokumentacja techniczna dla serii próbnej. 8.wykonanie serii próbnej. 9.eksplatacja i badanie serii próbnej. 10.dokumentacja techniczna dla produkcji seryjnej. 11.produkcja seryjna 12.eksploatacja. 13.ocena i krytyka założeń. 14.ocena i krytyka projektu wstępnego 15.weryfikacja projektu wykonawczego 16.weryfikacja doświadczalna częściowa Ou- opinie użytkowników Uk- ulepszenie konstrukcji. Ocena konstrukcji od 0 do 5 (0-odrzut, 1,2-zmieniamy, 3,4,5-wporządku). Ogólne cechy konstrukcyjne: wymiary gabarytowe 0,25; cena 0,5; technologiczność 0,75; stopień normalizacji 0,5. Cechy użytkowe: parametry pracy 1, dokładność pracy 1, stopień automatyzacji 0,5. Konstruowanie metodyczne: 37 rysunki; 17,5 konstruowanie; 14,5 zbieranie informacji; 11 wprowadzanie zmian; 7,5 kontrola; 5,2 obliczenia; 4,7 sporządzanie wykazów; 2,6 dobór części znormalizowanych. Obciążenia elementów maszyn. 1.wytrzymałość doraźna. 2.wytrzymalość zmęczeniowa (obciążenia wahadłowe, tętniące [wykres Wohlera z-liczba zmian położeń sigma-napręzenia]) 3.wpływ działania karbu. 4.Sztywność statyczna (iloraz siły działającej na ten punkt lub przekrój oraz przesunięcia mierzonego w tym punkcie w kierunku działania siły a wywołanego tą siłą i innymi obciążeniami występującymi w układzie [N/m]. 5.Sztywność dynamiczna iloraz amplitudy siły i amplitudy przemieszczenia wywołanego tą siłą. FFT - transformata FURIERA. Zużycie cierne: 1.docieranie 2.zużycie normalne 3.zużycie przyspieszone. Rodzaje olejów: roślinne, mineralne, syntetyczne. Oleje dzielimy na: silnikowe, przekładniowe, przemysłowe, hydrauliczne, elektroizolacyjne, do obróbki metali, do sprężarek, konserwacji. Smarujemy aby: zmniejszyć współczynnik tarcia, zabezpieczyć przed korozją, chłodzić współpracujące części, przyspieszyć proces docierania, odprowadzać z obszaru współpracy zużyte cząstki materiału. Maszyny energetyczne dzielimy na: objętościowe i przepływowe (wirowe, odrzutowe, strumieniowe). Turbiny wodne. 1833-pierwsza turbina, 1849- t. Francisa, 1880 - Pelton, 1912 - Kaplana. Turbina Francisa: spadek wody 50-600m, średnica wirnika 0,25-10m, moce max.100MW. Turbina śmigłowa: łopatki 2-11, średnica wirnika 1-10m, różnice poziomów 1,5-80m, moce do 200MW. Turbina Peltona (akcyjna): moc do 75MW, średnica wirnika 0,2-4m, spadki wody 30m do max. Pompy: objętościowe, wirowe. Rotacyjne: zębate, śrubowe, łopatkowe (odciążone i nie odciążone), wielotłoczkowe (osiowe, promieniowe). Wirowe: odśrodkowe, helikoidalne, diagonalne, śmigłowe, samozasysające. Parametry techniczne pomp: wysokość ssania, tłoczenia, moc, sprawność, wydajność. Ze względu na dominujący sposób obróbki: tokarki, frezarki, strugarki, dłutownice, szlifierki, przeciągarki, wiertatki, wiertarko-frezarki. Automatyzacja: twarda (w produkcji wielkoseryjnej), miękka (w produkcji nisko seryjnej). Automaty (wszystkie czynności automatycznie) i półautomaty (podanie i zdjęcie przedmiotu ręcznie). ASO systemy diagnostyczne, Centra obróbcze, CNC sterowne komputerowo, NC sterowane numerycznie, konwencjonalne, obrabiarki o sterowaniu kadłubowym.
Napęd elektryczny: Urządzenie składające się z maszyny napędzanej, sprzęgieł i przekładni, jednego lub kilku elektrycznych silników napędzających oraz z przyrządów i urządzeń umożliwiających pracę całości. Budowa silnika prądu stałego: obcowzbudnego-bieguny komutacyjne, bieguny główne, uzwojenie główne, wirnik; samowzbudnego-magnesy trwale, wirnik. hydrauliczny -urzadzenie sluzace do przekazywania energii mechanicznej z miejsa wytwarzania do urzadzenia napedzanego. W napedach tych czynnikiem przenoszacym energie jest ciecz. Zasada napedu hudraulicznego jest oparta na prawie pascala dotyczacym rownomiernego rozchodzenia się cisnienia cieczy. Podzial: hydrostatyczne , których dzialanie opiera się na wykorzystaniu przede wszystkim energii cisnienia cieczy,hydrokinetyczne- dzialanie oparte na wykorzystaniu energii kinetycznej cieczy. Wzaleznosci od rodzaju przenoszonego ruchu rozroznia się napedy o ruchu obrotowym i o ruchu postepowym. Sklad wlasciwego mech. hydraulicznego: pompy- zamieniaja dostarczona przez silnik energie mechaniczna na hurdauliczna. Stosujemy pompy wyporowe i wirowe. Silniki hydrauliczne lub silowniki: zamieniaja dostarczona przez pompe energie hudraul. na energie mechaniczna. Zawory sterujace przeplywem (czynnika energii) w ukl. Napedu hudraulicznego. Zalety: mozliwosc uzyskania b. duzych sil , przy malych wymiarach urzadzen , bezstopniowa zmiana predkosci ruchu , uzycie malych sil do sterowania praca ciezkich maszyn , zdlane sterowanie, trwalosc elementow Wady: trudnosci z uzyskaniem duzej szczelnosci, duze straty energii na pokonywanie oporow przeplywu Zawory: 1)cisnieniowe: bezpieczenstwa, przelewowe, kolejnosci dzialania , redukcyjne, roznicowe, proporcjonalne 2)natezeniowe- odcinajace , rozdzielacze, zwrotne ,dlawiace, regulatory przeplywu pneumatyczne: ich zastosowanie wynika z zalet czynnika roboczego (powietrza lub oleju) oraz z zalet urzadzen napedzanych tym czynnikiem. Zalety sprezonego powetrza: dostepnosc, po wykorzystaniu energii zawartej w sprezonym powietrzu nie trzeba go zwracac do sieci i ewentualnie wynieniac., powietrze jest bezpieczne i czyste w eksploatacji ,jest dobrym zrodlem energii do wytwarzania sil w granicach od kilku kN do kilkunastu kN. Wada jest duza scisliwosc (2000 X wieksza niż oleju) co utrudnia uzyskanie powolnych i plynnych rozruchow mech. pneu matycznych.Obróbka skrawaniem polega na kształtowaniu elementów przez usuwanie za pomocą ostrza skrawającego nadmiaru materiału , zwanego naddatkiem obróbkowym. Nadmiar ten jest zamieniany na wióry stanowiące odpad. Obróbkę skrawaniem wykonuje się na obrabiarkach. Ruchy obróbkowe: główny roboczy i posuwowy oraz ruchy pomocnicze mogą być realizowane przez ruch narzędzia lub materiału. W zależności od uzyskanej dokładności kształtu , wymiarowania i obrobionej powierzchni. rozróżnia się obróbkę skrawaniem: zgrubną, dokładną, średnio dokładną, bardzo dokładna (wykańczającą) Toczeniem nazywa się obróbkę powierzchni obrotowych lub płaszczyzn , przy czym główny ruch roboczy jest ruchem obrotowym przedmiotu zamocowanego w uchwycie obrabiarki - tokarki. Budowa tokarki: uchwyt , wrzeciono , silnik , przekładnia napędowa , przekładnia posuwu element napędu posuwu , suport , narzędzie. Toczenie stosuje się głównie w celu otrzymania powierzchni walcowych , stożkowych i kulistych. Frezowanie jest najczęściej stosowanym sposobem obróbki płaszczyzn. Charakterystyczna cecha frezowania jest skrawanie przez obracające się , zwykle wieloostrzowe narzędzie - frez. Ruchy posuwowe są najczęściej wykonywane przez materiał , rzadziej przez frez Frezowanie dzieli się na : współbieżne , przeciwbieżne i czołowe. Struganie , dłutowanie , przeciąganie : są metodami obróbki umożliwiającymi obróbkę powierzchni o tworzących prostoliniowych . Charakteryzują się one prostoliniowym roboczym ruchem narzędzia względem materiału i niewielkimi prędkościami skrawania. Struganie jest stosowane do obróbki płaszczyzn. Ruch skrawający może wykonywać narzędzie lub materiał. Dłutowanie jest stosowane do obróbki powierzchni kształtowych wewnętrznych oraz zewnętrznych. Wiercenie Do prac wiertarskich zaliczamy operacje związane z obróbką otworów, narzędzie wykonuje ruch roboczy obrotowy oraz posuwowy wzdłuż osi otworu. Szlifowanie jest odmiana obróbki skrawaniem przez narzędzie zawierające bardzo dużą liczbę ostrzy - ziaren ściernych o nieokreślonej geometrii. Narzędzia ścierne są wytwarzane jako: okrągłe tarcze - ściernice , pryzmatyczne pilniki i osełki oraz arkusze - papiery i płótna ścierne. Szlifowanie stosuje się w celu nadania powierzchniom obrabianym dokładnych kształtów oraz malej chropowatości. Szlifowanie umożliwia obróbkę materiałów bardzo twardych , których skrawanie innymi metodami jest niemożliwe.Ostrze skrawające Główna krawędź skrawająca , powierzchnia natarcia, wierzchołek ostrza , pomocnicza krawędź skrawająca , pomocnicza powierzchnia przyłożenia , główna powierzchnia przyłożenia , płaszczyzna podstawowa Kąty: przyłożenia , ostrza , natarcia , przystawienia , wierzchołkowy , pomocniczy przystawienia. bróbka plastyczna metali ma na celu nadanie przedmiotom obrabianym lub ich powierzchniom odpowiednich kształtów i wymiarów co uzyskuje się przez działanie sił zewnętrznych. Obróbka plastyczna metali dzieli się ze względu na zakres stosowania. Wyróżniamy:-obróbkę plastyczną na gorąco, jest to kształtowanie materiału w temperaturze równej temperaturze rekrystalizacji lub wyższej od niej. -obróbkę plastyczną na zimno, jest to kształtowanie materiału w temperaturze niższej niż temperatura rekrystalizacji Rekrystalizacja to zjawisko krystalizacji zachodzącej w fazie stałej, gdy polikrystaliczne ciało stałe, w którym występują odkształcenia wewnętrzne, pozostawione jest przez dłuższy okres w podwyższonej temperaturze. Proces ten powoduje zmiany strukturalne, których wynikiem jest utworzenie nowych ziaren zawierających niewielką liczbę dyslokacji, co jest charakterystyczne dla materiału wyżarzonego. Temperatura rekrystalizacji równa jest 0,4 temperatury topnienia określonego materiału. Walcowanie, jest obróbką, która polega na plastycznym odkształceniu materiału wprowadzonego między dwa walce współpracujące między sobą i przechodzącego między nimi. Wyróżniamy walcowanie: 1) wzdłużne - materiał wykonuje tu ruch postępowy, a walce o osiach wzajemnie równoległych obracają się w kierunkach przeciwnych - otrzymuje się tak głównie blachy, taśmy, pręty i kształtowniki; 2) poprzeczne - materiał wykonuje tu ruch obrotowy, a walce o osiach równoległych obracają się w zgodnym kierunku - wykonuje się w ten sposób śruby, wkręty i koła zębate; 3) skośne - materiał wykonuje ruch postępowo - obrotowy, a walce o osiach wzajemnie skośnych obracają się w zgodnych kierunkach - wytwarza się tak tuleje rurowe, kule itp.; 4) okresowe - materiał wykonuje ruch postępowy lub postępowo - zwrotny, a walce o osiach równoległych (o przekrojach niekołowych) obracają się w przeciwnych kierunkach - produkuje się tak tuleje rurowe, przedkuwki, wyroby ornamentowe itp.; 5) specjalne - jest kombinacją omówionych sposobów walcowania - wyrabia się tak bose koła wagonowe i inne wyroby o złożonym kształcie. Nie wszystkie stopy metali dają się walcować, np.: żeliwo, stale wysokowęglowe, nikiel i jego stopy. Wyróżniamy kilka typów walcarek: walcarki DUO, służą do zgniatania, walcowania nawrotnego grubych i cienkich blach, profilów, prętów, kęsów, kształtowników i taśm na zimno, walcarki TRIO, służą do walcowania dwuteowników, szyn, kęsisk, kęsów i innych grubych profilów oraz do walcowania bruzdowego o małej wydajności, walcarki KWARTO, służą do walcowania na gorąco i zimno blach grubych, bednarki i taśm; walcarki SEKSTO, służą do walcowania na zimno blach cienkich; walcarka SĘDZIMIRA, służy do walcowania taśm oraz folii, posiada 20 walców. Wyciskanie - zwane również prasowaniem wypływowym, polega na wywieraniu nacisku na wsad umieszczony w pojemniku (inaczej zwanym recypientem), na skutek czego metal wypływa przez otwór matrycy, przyjmując kształty wyznaczone jego zarysem. W zależności od kierunku płynięcia metalu względem kierunku posuwu rozróżniamy wyciskanie: współbieżne, przeciwbieżne,złożone ,hydrostatyczne. Do wyciskania używa się pras mechanicznych i hydraulicznych. Za pomocą wyciskania na gorąco wyrabia się wydłużone wyroby hutnicze, jak rury, kształtowniki, pręty i druty. Metodą wyciskania na zimno produkuje się wiele różnych wyrobów gotowych, jak np. tubki do past, części maszyn itp. Ciągnienie - nazywamy obróbkę plastyczną na zimno lub na gorąco, polegającą na przeciąganiu materiału przez ciągadło lub zespół ciągadło i trzpień. Ciągadło, podobnie jak matryca w procesie wyciskania nadaje wyrobowi ciągnionemu właściwe kształty i wymiary przekroju poprzecznego. Podstawowe metody ciągnienia rur: ciągnienie swobodne ( bez trzpienia ), stosuje się głównie w celu zmniejszenia średnicy rury. W procesie tym następuje na ogół zmiana grubości ścianki rury; ciągnienie na trzpieniu stałym, polega na przeciąganiu rury pomiędzy nieruchomym ciągadłem i nieruchomym trzpieniem o krótkiej części roboczej; ciągnienie na trzpieniu ruchomym, polega na przeciąganiu rury pomiędzy nieruchomym ciągadłem i ruchomym trzpieniem o długiej części roboczej przesuwającym się wraz z rurą; ciągnienie na trzpieniu swobodnym, polega na przeciąganiu rury pomiędzy nieruchomym ciągadłem i nie utwierdzonym, samorzutnie nastawnym, krótkim trzpieniem. Wyróżniamy ciągarki: bębnowe, przeznaczone do ciągnienia w kręgach drutów oraz rur o małych wymiarach przekrojów poprzecznych i o praktycznie dowolnych długościach; ławowe, przeznaczone do ciągnienia prętów, kształtowników i rur w odcinkach prostych i długościach dochodzących do kilkudziesięciu metrów. Kucie i prasowanie - ten proces polega na ściskaniu kutego metalu między kowadłem a bijakiem lub między połówkami matrycy. Kuć można pod młotami lub prasami, w obu przypadkach w metalu przerobionym plastycznie powstają podobne stany naprężenia oraz odkształcenia. Do realizacji procesu kucia służą młoty. Młoty dzielimy pod względem energetycznym na: młoty pojedynczego stosowania, czynnikiem działania jest tu tylko masa bijaka; młoty podwójnego działania, czynnikiem działania jest tu masa bijaka oraz dochodzi drugi czynnik np. sprężone powietrze. Do realizacji procesu prasowania służą prasy. prasy prasy korbowo - mimośrodowe (prasy kolanowe), odznaczają się dużym współczynnikiem sprawności, dużą wydajnością oraz dokładnością przy kuciu matrycowym prasy śrubowo cierne, siła nacisku jest wywierana za pomocą śruby o gwincie prostokątnym, obracającej się w nakrętce osadzonej w korpusie prasy; prasy hydrauliczne, należą do najczęściej pracujących maszyn kuźniczych prasy pionowe używa, się ich do kucia, wywierają one bardzo duży nacisk na obrabiany materiał Tłoczenie - jest procesem technologicznym obróbki plastycznej na zimno lub gorąco. Obejmuje cięcie i kształtowanie blach, folii, płyt niemetalowych o małej grubości w stosunku do innych metali. Sterowanie numeryczne- sterowanie programowe , które obejmuje swym programem obok kolejn. ruchow czynnosci i param. Obróbki również wszystkie informacje geometryczne (współrzędne przemieszczenia) niezbędne do realizacji procesu technologicznego. Wszystkie inf. zawarte w programie są zakodowane w postaci alfanumerycznej. Wady NC: przygotowanie programów na nośnikach perforowanych, Szybkie zużywanie się nośników programowych, kłopotliwe powielanie i poprawianie programów technologicznych CNC - skomputeryzowane sterowanie numeryczne, sterowanie to wykorzystuje komputer do sterowania całą praca sterowania. W skład układu CNC wchodzi mikroprocesor z pamięcią, oraz program obsługi. Ster. CNC wykorzystuje komunikację komunikacje szynowa(wszystkie sygnały poruszają się po wspólnej szynie danych). Zalety: łatwość i szybkość powielania program technologiczny, oprogramowanie nie podlega zużywaniu, wiele możliwości wprowadzania danych, jedno oprogramowanie może być stosowane dla różnego sprzętu DNC- system sterowania szeregiem obrabiarek sterowanych numerycznie NC, sterowanych komputerowo CNC. Sterowanie to nie dotyczy jednej maszyny technologicznej, lecz szeregu maszyn.. Jest to, więc system sterowania, w którym istnieje jeden nadrzędny komputer zarządzający