Politechnika Łódzka Filia w Bielsku-Białej

Wydział Budowy Maszyn

Katedra Technologii Maszyn i Automatyzacji

LABORATORIUM

OBRABIARKI

Temat: Sporządzenie charakterystyki tokarki uniwersalnej

TUM-25B

Specjalność: budowa maszyn

Studia: magisterskie

Semestr: trzeci

Rok ak.: 2000

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z podziałem tokarek, ich zastosowaniem, rodzajami prac wykonywanymi na tokarkach, poznanie budowy tokarki, oraz ze schematem i danymi technicznymi, a także sporządzenie charakterystyki tokarki uniwersalnej TUM-25B.

Część teoretyczna:

Tokarka jest to obrabiarka przeznaczona do obróbki przedmiotów o kształtach obrotowych . Obróbka powierzchni zewnętrznych to toczenie , zaś obr. pow. wew. to wytaczanie. Podstawowymi ruchami są : ruch główny obrotowy przedmiotu obrabianego, oraz prostoliniowy ruch posuwowy narzędzia.

Podstawowe ruchy

Tokarki dzielą się na: kłowe, uchwytowe, tarczowe, karuzelowe, rewolwerowe, wielonożowe, półautomaty, automaty, jedno i wielowrzecieniowe, zataczarki, tokarki specjalne i specjalizowane.

Tokarki kłowe: są przeznaczone przede wszystkim do obróbki przedmiotów o długości l > 6d, gdzie d oznacza średnicę obrabianych przedmiotów. Każda tokarka kłowa ogólnego przeznaczenia jest wyposażona w uchwyt tokarski, co umożliwia toczenie, wytaczanie, gwintowanie, wiercenie i rozwiercanie przedmiotów krótkich. Tokarki te dzielą się na tokarki kłowe: uniwersalne, produkcyjne, precyzyjne, ciężkie.

Tokarka kłowa uniwersalna przeznaczona jest do szerokiego zakresu zastosowań w różnych gałęziach przemysłu, głównie do obróbki części w produkcji jednostkowej, małoseryjnej, umożliwia oprócz różnorodnych robót tokarskich również toczenie gwintów na całej długości rozstawu kłów.

Na poniższych rysunkach są pokazane tokarki kłowe uniwersalne. Na pierwszym z nich mamy budowę tokarki , na drugim zaś schemat kinematyczny tokarki.

1. 
   łoże 2.wrzeciennik 3.konik 4.suport 5.gitara wraz z kołami zmianowymi 6.osłona kół zmianowych 7.skrzynka suportu 9.śruba pociągowa 10.wałek pociągowa 11.wałek służący do włączania i wyłączania wrzeciona za pomocą rękojeści 12.silnik elektryczny napędu głównego 13.lewa noga tokarki, wewnątrz której znajduje się skrzynka przekładniowa napędu gł. 14.prawa noga tokarki z aparaturą elektryczną 15,16.kły 17.urządzenie do chłodzenia 18.rękojeść do zmiany kierunku obrotu tokarki i zatrzynania wrzeciona 19.wanna na ciecz smarującoo-chłodzacą i wióry

A - skrzynka prędkości B - skrzynka posuwów WR - wrzeciono SP - śruba pociągowa suportu wzdłużnego WP - wałek pociągowy SP1 śruba pociągowa suportu poprzecznego N- nawrotnice Zb - zębatka

Tokarki uchwytowe są przeznaczone wyłącznie do obróbki przedmiotów mocowanych w uchwycie wrzeciona o stosunku l/D_max ≤0,8 , D_max <630mm.. mających kształt tarcz, krążków, pierścieni, krótkich tulej itp. Są wyposażone najczęściej w dwa suporty krzyżowe, na których mocuje się różne imaki narzędziowe. Są to z reguły obr. Półautomatyczne. Tokarki te dzielimy na : czołowe, boczne, dwusuportowe, pionowe, skośne, dwuwrzecieniowe.

Poniższy rysunek przedstawia budowę tokarki uchwytowej dwusuportowej.

1. wrzeciono 2.suport przedni 3. Suport tylny 4. Zderzak 5. Pulpit sterowniczy

Tokarki wielonożowe budowane są przeważnie jako kłowe (z możliwością obróbki uchwytowej) w układzie poziomym. Zasadę toczenia wielonożowego przedstawia poniższy rysunek. Skrawanie odbywa się równocześnie wieloma nożami, zamocowanymi w specjalnych imakach nożowych. Długość przesuwu suportu równa się największej długości toczenia jednym nożem i jest mniejsza od długości całego przedmiotu.

Zasada toczenia wielonożowego

Tokarki tarczowe są podobne do tokarek kłowych uniwersalnych, z tym że przeznaczone są do obróbki przedmiotów o dużej średnicy i małej wysokości (D/H≥3, przy czym D>630 mm), np. tarcz, kół pasowych, kół zamachowych, wirników itp. Rozróżnia się trzy podstawowe podgrupy tokarek tarczowych : łożowe, płytkowe, tarczowo-kłowe.

Poniższy rysunek przedstawia tokarkę tarczową z łożem wzdłużnym.

1. tarcza uchwytowa 2.łoże 3. suport wzdłużny 4. suport poprzeczny 5. wrzeciennik 6. skrzynka posuwów 7. wałek pociągowy 8.imak nożowy

Tokarki karuzelowe są przeznaczone do przedmiotów ciężkich (80÷ 220 ton)

o dużych średnicach (D = 630 ÷7000 mm), ale krótkich . Mają wrzeciono o pionowej osi obrotu, na którym osadzona jest na stałe pozioma tarcza zwana stołem. W stosunku do tokarek tarczowych wyróżnia się łatwiejszym ustalaniem i mocowaniem przedmiotu obrabianego, większą wydajnością ( kilka suportów) oraz wyższą dokładnością obróbki, dzięki dobremu podparciu tarczy i sztywnej konstrukcji obrabiarki. Obrabiarki te dzielimy na jednostojakowe i dwustojakowe.

Poniższy rysunek przedstawia tokarkę karuzelową dwustojakową.

1. podstawa 2. suport boczny 3. suporty górne 4. belka poprzeczna 5. tarcza ze szczękami 6.stojak 7. belka górna 8. pulpit sterowniczy 9. śruby do przesuwu suportów 10. imak rewolwerowy

Tokarki rewolwerowe stosowane są do obróbki przedmiotów w produkcji seryjnej wymagającej dużej liczby zabiegów, a więc znacznej liczby narzędzi. Narzędzia te mocowane są w gniazdach głowicy rewolwerowej oraz w suportach bocznych i poprzecznych. Przeznaczone są do zgrubnej i wykańczającej obróbki przedmiotów o złożonych kształtach. Dzięki ograniczeniu przesuwów narzędzi za pomocą zderzaków wymiary długościowe w całej serii wykazują niewielki rozrzut. Ruch przestawczy głowicy odbywa się samoczynnie. Tokarki te obsługiwane są przez niewykwalifikowanych pracowników, po uprzednim ustawieniu maszyny przez wykwalifikowanego pracownika (ustawiacz). Wyróżniamy tokarki rewolwerowe z głowicą pionową i poziomą (bębnowe).

Poniższy rysunek przedstawia odmiany rewolwerówek- a) z głowicą rewolwerową o osi pionowej b) z głowicą rew. o osi poziomej

1. łoże 2.wanna 3. wrzeciennik 4. tulejka zaciskowa lub uchwyt samocentrujący 5. skrzynka posuwów 6.głowica rew. 7. suport rew. 8.skrzynka suportu 9.imak 10. głowica podajnika przedmiotu

Półautomaty i automaty tokarskie są to obrabiarki ogólnego przeznaczenia, o budowie i cechach użytkowych kwalifikujących je do stosowania wyłącznie w produkcji seryjnej i masowej. Opracowany i nastawiony cykl roboczy, obejmuje wszystkie czynności główne i pomocnicze związane z obróbką określonego przedmiotu, powtarza się niezmiennie.

Tokarki i centra tokarskie sterowane numerycznie są to obrabiarki o dużej uniwersalności i elastyczności. Zastosowanie układów sterownia NC i CNC pozwoliło na możliwość obróbki przedmiotów na gotowo ( zastosowanie odpowiednich głowic do narzędzi obrotowych- frez, tarcza szlifierska itp.) . Każdy ruch realizowany jest przez odrębny układ napędowy( silniki) bez jakiegokolwiek powiązania kinematycznego. Za sterowanie wszystkimi układami odpowiedzialny jest komputer, który znajduje się w obrabiarce.

Podstawowe rodzaje robót tokarskich:

1. Toczenie wzdłużne,

2. Toczenie poprzeczne,

3. Toczenie stożków przy skręconym suporcie,

4. Toczenie stożków przy przesuniętym poprzecznie koniku,

5. Wytaczanie,

6. Wiercenie i rozwiercanie,

7. Przecinanie,

8. Toczenie kształtowe nożem kształtowym,

9. Toczenie kopiowe,

10. 
    Toczenie gwintów.

Regulacja prędkości

Najważniejsze podczas konstruowania tokarki jest osiągnięcie pewnego ciągu prędkości obrotowych, które umożliwią nam toczenie przedmiotów z prędkością bliską prędkości ekonomicznej. Możemy wyróżnić dwa rodzaje tokarek pod względem regulacji prędkości. Jeżeli napęd obrabiarki rozwiązany jest w ten sposób, że umożliwia uzyskanie dowolnych prędkości między n_min i n_max to regulację pręd. nazywamy bezstopniową. Jeżeli prędkości miedzy n_min i n_max można zmieniać tylko skokowo, mówimy o stopniowej regulacji prędkości. Zmianę obrotów można uzyskać wg dwóch podstawowych ciągów: arytmetycznego i geometrycznego.

Ciąg geometryczny:

n₂ = n₁ · φ

n_k = n₁ · φ^k-1

gdzie φ - iloraz ciągu

Zastosowanie ciągu geom. ułatwia projektowanie stopniowych skrzynek przekładniowych, możliwość normalizacji pręd. obrotowych i prostoliniowych, mamy do czynienia z stałym względnym spadkiem prędkości skrawania δ_v.

Rodzaje prędkości.

Prędkość obrotowa teoretyczna n_t- jest to pręd. której wartość obliczana jest ze wzory:

n_tj=(√10)^j = 1.12^j , gzdie j - liczba porządkowa

Prędkość obliczeniowa n_o określona jest wg wzoru:

n_o= n_os ∙ i

gdzie n_os - prę. obr. silnika

i - przełożenie między wałem a wrzecionem

Prędkość obrotowe nominalne są to wartości prędkości teoretycznych zaokrąglone do liczb normalnych.

Prędkości obrotowe efektywne n_e są to rzeczywiste prędkości wrzecion występujące przy znamionowych obciążeniu silnika napędowego.

n_e = n_l

gdzie n_zs- znamionowa prędkość obrotowa silnika,

n_ls - prędkość obrotowa silnika na biegu luzem,

n_l - prędkość obrotowa wrzeciona na biegu luzem.

Układ kinematyczny obrabiarki jest zaprojektowany zgodnie z normą, jeśli odchyłki prędkości obliczeniowych od wartości teoretycznych nie przekraczają od -2% do 3% jest to tzw. tolerancja mechaniczna T_m=5%. Mamy także tolerancję elektryczną wynoszącą T_e=3% . A więc całkowita tolerancja wynosi od -2% do 6% .

Tokarka TUM-25B

Tokarka ta jest przeznaczona do prac tokarskich przy produkcji jednostkowej i seryjnej przedmiotów małych i średniej wielkości wykonanych ze stali, żeliwa, metali kolorowych i ich stopów.

Przy obróbce zgrubnej z szybkością skrawania 80 mm/min toczyć można średnice do 250 mm. Przy wydajnej obróbce wykańczającej stali zyskanie szybkości skrawania 140 mm/min możliwe jest dla średnic od 14 mm wzwyż.

Nacinanie gwintów z szybkością skrawania 10 mm/min możliwe jest dla średnicy 120 mm.

Tokarka TUM -25B odznacza się łatwą obsługą i wygodnym rozmieszczeniem elementów sterujących.

Napęd tokarka otrzymuje od silnika elektrycznego kołnierzowego, poprzez skrzynkę prędkości umieszczoną w lewej nodze podstawy.

Można uzyskać 14 różnych prędkości obrotowych przez:

1-przesuwanie kół zębatych skrzynki prędkości,

2-przełączenie odboczki.

Wrzeciono tokarki posiada końcówkę i gniazdo stożkowe utwardzone cieplnie. Ułożyskowane toczenie wrzeciono w łożyskach o podwyższonej klasie dokładności gwarantuje dobrą pracę obrabiarki. Suport tokarki wyposażonych jest w długie sanie poprzeczne, co pozwala na założenie dodatkowych tylnych imaków względnie kopiału hydraulicznego.

Niektóre wielkości charakterystyczne :

Średnica toczenia nad łożem 250mm

Średnica toczenia nad suportem 140mm

Rozstaw kłów 500÷800mm

Zakres obrotów wrzeciona 35,5÷3150 obr/min

Zakres obrotów przy włączonej odboczce 35.5÷200 obr/min

Ilość stopni pręd. obr. wrzeciona 14

Ilość posuwów wzdłużnych 9

Ilość posuwów poprzecznych 9

Schemat tokarki TUM-25B

1. wyłącznik główny 2. dźwignia odboczki 3. dźwignia odłączania napędu posuwów 4. dźwignia zmiany wielkości gwintów 5. dźwignia zmiany wielkości posuwów 6. dźwignia sterująca przekładnią zwielokrotniającą 7. dźwignia sterująca przekładnią podstawową skrzynki posuwów 8. silnik 9. korba przesuwu ręcznego suportu wzdłużnego 10.dźwignia do przełączania obrotów wrzeciona 11. wrzeciono 12. imak 13. korba przesuwu ręcznego suportu poprzecznego 14. dźwignia włączania mechanicznego posuwu 15. dźwignia rozłączania suportu ze śrubą pociągową 16. dźwignia włączania prawych i lewych obrotów wrzeciona 17. konik

tokarka TUM-25B

schemat kinematyczny skrzynki prędkości

CZĘŚĆ PRAKTYCZNA

Schemat kinematyczny skrzynki prędkości tokarki TUM-25B składa się z dwóch trójek przesuwnych, przekładni pasowej (o dwóch różnych przełożeniach), odboczki (o przełożeniu 1:1 lub 1:6).Dzięki przekładni pasowej możemy osiągnąć dwa zakresy prędkości : n=35,5÷3150 obr/min albo n=28÷2500 obr/min.

Liczba stopni prędkości skrzynki wynosi k=14 bo k= p₁· p₂· p₃=3·3·2-4 ,

gdzie p- to liczba przełożeń w grupach przekładniowych.

Iloraz ciągu geometrycznego φ oraz dobranie znormalizowaną (najbliższą) wartość.

Dobieramy φ=1,41

Zapis strukturalny przełożeń skrzynki prędkości : (1,φ,φ²)(1, φ³,φ⁶)(1,φ⁵)

Wykres strukturalny skrzynki prędkości :

Wykres przełożeń skrzynki prędkości :

Obliczenie prędkości obrotowych ze wzoru :

n_o= n_s · i

gdzie n_s - 1440 obr/min

i - odpowiednie przełożenie

przełożenia :

i₁₁= 0,63 , i₁₂= 0,87 , i₁₃= 1,25 , i₂₁= 0,28 , i₂₂= 0,8 , i₂₃= 1,58 , i_p= 1,1133 ,

i_odb1= 0,47 , i_1odb2= 0,26

Prędkości obliczeniowe :

n_o1= n_s · i =1440 · 0,63 · 0,28 · 1,1133 · 0,47 · 0,26 = 34,5[obr/min]

n_o2= 1440 · 0,87 · 0,28 · 1,1133 · 0,47 · 0,26 = 47,7

n_o3= 1440 · 1,25 · 0,28 · 1,1133 · 0,47 · 0,26 = 68,6

n_o4= 1440 · 0,63 · 0,80 · 1,1133 · 0,47 · 0,26 = 98,7

n_o5= 1440 · 0,87 · 0,80 · 1,1133 · 0,47 · 0,26 = 136,3

n_o6= 1440 · 0,63 · 1,58 · 1,1133 · 0,47 · 0,26 = 195

n_o6= 1440 · 1,25 · 0,80 · 1,1133 · 0,47 · 0,26 = 195,9

n_o7= 1440 · 0,63 · 0,28 · 1,1133 · 1 = 282,8

n_o7= 1440 · 0,87 · 1,58 · 1,1133 · 0,47 · 0,26 = 269,3

n_o8= 1440 · 0,87 · 0,28 · 1,1133 · 1 = 390,5

n_o8= 1440 · 1,25 · 1,58 · 1,1133 · 0,47 · 0,26 = 386,9

n_o9= 1440 · 1,25 · 0,28 · 1,1133 · 1 = 561,1

n_o10= 1440 · 0,63 · 0,80 · 1,1133 · 1 = 807,9

n_o11= 1440 · 0,87 · 0,80 · 1,1133 · 1 = 1115,8

n_o12= 1440 · 0,63 · 1,58 · 1,1133 · 1 = 1595,8

n_o12= 1440 · 1,25 · 0,80 · 1,1133 · 1 = 1603,1

n_o13= 1440 · 0,87 · 1,58 · 1,1133 · 1 = 2203.7

n_o14= 1440 · 1,25 · 1,58 · 1,1133 · 1 = 3166,2

Dobieramy z tablic normalne prędkości wrzeciona [obr/min]:

n₁= 35,5 n₈= 400

n₂= 50 n₉= 560

n₃= 71 n₁₀= 800

n₄= 100 n₁₁= 1120

n₅= 140 n₁₂= 1600

n₆= 200 n₁₃= 2240

n₇= 280 n₁₄= 3150

Wykres prędkości skrawania (Pechana) :

Obliczamy prędkość skrawania v dla d=30 mm , oraz odpowiednich obrotów ze wzoru : v =

Prędkości skrawania dla odpowiednich obrotów wynoszą :

v₁= 0,0033 v₈= 0,037

v₂= 0,00471 v₉= 0,0527

v₃= 0,0067 v₁₀= 0,075

v₄= 0,0094 v₁₁= 0,1055

v₅= 0,013 v₁₂= 0,15

v₆= 0,0188 v₁₃= 0,211

v₇= 0,026 v₁₄= 0,296

Obliczenie prędkości ekonomicznej dla g=0,15 mm , p= 0,2 mm/obr , T_e= 25 min ze wzoru :

V_e=.......

bezwzględny spadek prędkości

Δv=........

względny spadek prędkości

δ= ......

wykres pechana

określenie prędkości ekonomicznych dla danych :d₁, d₂, d₃

Obliczanie prędkości obrotowych efektywnych

Prędkość ta wyznaczana jest drogą pośrednią przez pomiar prędkości obrotowej silnik n_js i wrzeciona n_j przy biegu jałowym obrabiarki oraz z wykorzystaniem wzoru:

,gdzie :

n_e - prędkośc obrotowa efektywna ( rzeczywista prędkośc obrotowa wrzeciona przy znamionowym obciążeniu silnika napędowego ),

n_j - prędkośc obrotowa wrzeciona na biegu jałowym obr.,

n_ns - znamionowa prędkość obrotowa silnika podana na tabliczce znamionowej,

n_js - prędkośc obrotowa silnika na biegu jałowym obrabiarki.

Dla tokarki TUM-25B : n_ns =1440 obr./min , n_js =1485obr./min

Dla prędkości pierwszej n=35.5 obr./min :

n_j = 35,5 obr./min

n_e = 35,5 · 0,9696 = 34,42 obr./min

Dla prędkości drugiej n=50 obr./min :

n_j =52 obr./min

n_e = 52 · 0,9696 = 50,42 obr./min

Prędkości efektywne dla pozostałych prędkości zestawione są w poniższej tabelce.

Tablica prędkości obrotowych granicznych wynikających z tolerancji mechanicznej i sumarycznej.

Wnioski :

Prędkości takie jak n₂ , n₃ , n₆ , n₇ , n₉ , n₁₂ , n₁₃ , n₁₄ , mieszczą się w obu tolerancjach. Prędkości n₄ , n₅ , n₈ , n₁₀ , n₁₁ , mieszczą tylko w tolerancji sumarycznej. Natomiast n₁ nie mieści się w żadnej tolerancji. W związku z czym tokarkę powinno się oddać do regeneracji, w celu ponownego uzyskania odpowiednich prędkości obrotowych na wrzecionie (czyli zgodnych z tolerancjami).

---