ANALIZA STRUCTURII LANTULUI CINEMATIC DE AVANS CIRCULAR

Analiza lantului cinematic

Mesele rotative sunt destinate realizarii avansului circular sau divizarii unghiulare de mare precizie.

Dimensiunea principala ce le caracterizeaza este diametrul platoului care este situat in domeniul 154 - 2500 mm.

Precizia de pozitionare unghiulara a meselor rotative de precizie este situata in domeniul 61"; 630", interval in care se deosebesc mesele:

de precizie speciala (61"; 63");

de precizie ridicata (63"; 612");

de precizie normala (612"; 630").

Constructiv se deosebesc:

mese rotative cu axa platoului fixa, orizontala sau verticala;

mese rotative inclinabile.

Pe centrele de prelucrare, se utilizeaza mai ales mese rotative cu axa platoului fixa , verticala, platoul fiind intr-un plan orizontal paralel saniei.

Actionarea meselor rotative poate fi:

manuala

hidraulica

pneumatica

electrohidraulica

Masa rotativa poate fi cu comanda manuala sau cu comanda numerica pe axa de rotatie a mesei.

Divizarea poate fi continua sau in trepte. Forta activa de incarcare depinde de diametrul platoului.

Indiferent de modul de actionare, in lantul cinematic necesar rotirii platoului este prezent un mecanism melc-roata melcata.

In cazul comenzii numerice, platoul 1 montat deasupra carcasei 2 (fig. 2) este antrenat de motorul pas cu pas M_pp, prin intermediul lantului cinematic format din angrenajele cilindrice z₁/z₂, z₅/z₆ si angrenajul melcat z₃/z₄. Numarul de impulsuri codificat pe banda perforata determina numarul de pasi unghiulari cu care se roteste motorul, astfel ca unghiul de rotire al platoului mesei este:

in care a este pasul unghiular al motorului. Roata dintata z₆ este prevazuta in partea superioara cu dantura Hirth, care angreneaza cu dantura conjugata din bucsa 3, constituind un cuplaj cu dinti frontali 6.

Ciclul de lucru incepe prin desfacerea acestui cuplaj 6 de catre pistoanele 4 ale unor motoare hidraulice, si continua cu rotirea platoului cu unghiul :

]

in care z este numarul de dinti ai cuplajului 6.

In final, greutatea proprie a bucsei 3 si arcurile 5 readuc platoul in pozitia axiala normala, astfel ca, din punct de vedere a preciziei de pozitionare, cel mai important element este cuplajul cu dinti frontali 6.

Fig. 2

Deplasarile rapide ale platoului, necesare in cazul unor prelucrari succesive la unghiuri mari, pentru pozitionarea grosolana inainte de prima operatie la o piesa, ca si pentru divizare directa, se efectueaza prin scoaterea melcului din angrenare cu roata melcata.

In cele mai multe cazuri, mai ales pentru mese rotative de mici dimensiuni, acest lucru se realizeaza prin montarea lagarelor melcului intr-o bucsa excentrica, la a carei rotire, melcul este scos din angrenare cu roata melcata.

Masa rotativa din fig.3 folosita in special pentru comanda numerica, realizeaza o precizie unghiulara deosebita pentru un numar diferit de pozitii echidistante (4, 6 sau 12 de exemplu) preferentiale, si precizia normala pentru alte indexari. In acest scop, axa melcului z₁, se poate in clina cu ajutorul motorului hidraulic MH₁ (detaliat in fig. 4), ceea ce are ca efect scoaterea melcului z₁ din angrenare cu roata melcata z₂. Urmeaza rotirea rapida si indexarea precisa, pe care o efectueaza clichetul 1, montat pe rulmenti de precizie in axul 2 care, sub actiunea motorului hidraulic cu piston diferential MH₂, patrunde in roata de clichet z₃ (fig. 3).

Ambele motoare hidraulice primesc lichid sub presiune, in conformitate cu ciclul de lucru, de la sertarasul distribuitor S_D, comandat electromagnetic.

Sistemul de citire a pozitiei unghiulare a platoului poate fi mecanic, optic, fotoelectric.

Precizia de citire a sistemului mecanic este cuprinsa intre 3" si 12", citirea efectuandu-se cu ajutorul unui tambur gradat si a vernierului sau.

Principalul dezavantaj al sistemului de citire mecanic este acela ca pe tamburul gradat, asezat pe axul melcului, se citeste de fapt pozitia unghiulara a acestui ax, care poate fi diferita de pozitia unghiulara a platoului, din cauza erorilor angrenajului melc-roata melcata.

Fig. 3

Fig.4

Sistemele de citire optice asigura precizii cuprinse intre 1" si 3". Principalul lor avantaj este acela ca se citeste pozitia unghiulara a unui disc optic sau metalic gradat, montat pe axul platoului, deci se citeste pozitia unghiulara a platoului. Din acest punct de vedere, al preciziei de pozitionare, deosebita importanta prezinta divizarea discului gradat, si nu angrenajul melc roata melcata. Aceasta explica larga utilizare a sistemului de citire optic in constructia meselor rotative de precizie.

Principal, se deosebesc sisteme optice de citire cu compensarea erorilor axei platoului, si fara compensarea acestor erori. In primul caz sistemul optic este complex (fig.5), deoarece discul este atins de raza optica in doua puncte diametral opuse.

Fig. 5

Fig. 6

In principal, sistemul optic contine: sursa 1, condensatorul 2, obiectivul 4, prismele 3 si 5 anterioare discului gradat 6, a carui scala gradata se proiecteaza prin prismele 7, 8, 10, 11, obiectivul 9 situat pe partea diametral opusa a discului gradat 6. Mai departe, prin obiectivele 13, 14, prismele 12, 15, pana 16, 17 in scala 19, diviziunile discului scalei 19 de sub obiectivul 20 se proiecteaza cu ajutorul oglinzii 21 pe ecranul 22. Acest ecran are doua ferestre: intr-una se proiecteaza discul gradat, vizat in cele doua pozitii diametral opuse si scala 19, iar in cealalta se proiecteaza vernierul.

Sistemul optic fara compensarea erorilor axei platoului este mai simplu, discul gradat fiind vizat de o singura parte (fig. 6); in schimb, precizia de montaj a discului pe axul platoului creste substantial, deoarece ea influenteaza intr-o masura importanta precizia de citire. Unul din sistemele de baza cu citire fotoelectrica este OPTOSIN.

Un numar important de mese rotative (SIP, OMT) sunt echipate cu sistemul de comanda numerica EMI, care permite prelucrarea rapida si, precisa a pieselor cotate in coordonate polare. Programarea cotelor se poate face pe banda perforata, dar se poate introduce si manual, cu ajutorul unor butoane, care permit operatorului programarea unghiului dorit in grade, minute si secunde, cu afisaj optic.

Mesele circulare si cele inelare au o constructie complexa. Cinematica acestora este prezentata in fig. 8. Mesele circulare (pozitiile a si b) cu actionare electromecanica cu cruce de Malta au un sistem sincron de blocare, indexare si antrenare. Acestea se construiesc cu diametre cuprinse in intervalul 1000-1500 mm, fiind mese de dimensiuni medii. Actionarile electromecanice sunt folosite si in constructia meselor de dimensiuni mici. Daca semifabricatele impreuna cu dispozitivele de fixare reprezinta minim 50% din greutatea platoului, inaintea rotirii, platoul este ridicat dupa ghidaje cu 0,51 mm in scopul evitarii griparii ghidajului. Mecanismul de ridicare a platoului trebuie sa functioneze sincron cu transmisia de antrenare si de indexare. Aceste mese executa un numar intreg de pasi unghiulari, egali intre ei si constanti.

Masa circulara (poz. c) cu actionare electromecanica realizeaza un numar intreg de pasi unghiulari, egali intre ei si reglabili (variabili). Ea se utilizeaza in compunerea agregatelor pentru productia de serie mica si mijlocie, necesitand reglaje ale numarului si marimii pasilor unghiulari. Caracteristica constructiva a acestei mese consta in utilizarea transmisiei diferentiale, cele doua motoare fiind utilizate pentru realizarea ciclului de miscari cu inversare pentru pozitionare precisa. Precizia de pozitionare a acestei mese sete de ordinul a 2030mm. Solutia se adopta pentru mese de dimensiuni mici, cu diametrul pana la 800 mm. Mesele circulare (poz. d si e) cu actionare hidromecanica se construiesc cu dimensiuni mari, diametrele lor ajungand pana la 5 m si realizeaza un numar intreg de pasi unghiulari, egali intre ei si constanti. Astfel de mese, in mod obligatoriu necesita ridicarea platoului de pe ghidaje inaintea rotirii lui, datorita greutatii mari a platoului care ar gripa ghidajul. Intreaga transmisie de indexare, blocare, antrenare si ridicare este sincrona. Indexarea poate fi realizata pe dantura frontala sau cu cep. Masa circulara (poz.f) este destinata masinilor automate pentru montaj. Ea este o structura pneumo-mecanica pentru cele de dimensiuni mici si medii si hidro-mecanica pentru cele de dimensiuni mari. Mesele de dimensiuni mici, cu diametrul pana la 500-800 mm, pot fi actionate pneumo-mecanic (poz.g). Tamburii indexabili au aceleasi actionari ca si mesele circulare. De obicei se construiesc cu dimensiuni mici, diametrul lor nedepasind 500 mm. Un tambur indexabil cu actionare electromecanica cu cruce de Malta este prezentat in pozitia 8. Timpul total de transfer al unitatilor de transfer nu trebuie sa depaseasca 10 s, obisnuit fiind de 4-6 s.

a) b)

  

c) d)

e) f)

g h)

Fig. 8

Masa rotativa din figura 9 este destinata prelucrarii pieselor mari si grele. Ea este deplasata pe ghidajele saniei 2 de catre surubul conducator S, a carui piulita este montata in corpul mesei rotative 1.

Fig.9

Rotirea platoului mesei se realizeaza cu angrenajul melc-roata melcata (fig. 10) motorul electric de antrenare fiind dispus pe arborele melcului.

Ceea ce deosebeste constructiv aceasta masa de alte tipuri, este faptul ca platoul ei poate fi pretensionat, prin introducerea a patru puncte de aplicare a unor forte verticale asupra platoului, de catre mecanismele 3 (fig. 9), asezate simetric fata de axa mesei la distanta L unul de altul.

Fig. 10

Pretensionarea platoului 1 (fig. 11) se realizeaza de catre pastilele de presiune 3, deplasate pe verticala de catre tijele 2, filetate in partea superioara. In partea inferioara, aceasta tija este antrenata in miscare de rotatie de catre arborele 5, pe care este montata roata dintata z in angrenare cu cremaliera C_r a tijei pistonului motorului hidraulic MH. Rotatia tijei 2 este transformata in miscare de translatie verticala de catre piulita fixa 4.

Fig. 11

Cele patru mecanisme de pretensionare a platoului il deformeaza in sens invers fata de deformatia provocata asupra lui prin asezarea piesei de prelucrat, astfel ca se micsoreaza erorile de prelucrare cauzate de deformatia elastica de incovoiere a platoului.

In figura 12 este prezentat ansamblul sanie-masa rotativa folosit la masinile Scharmann. Platoul 1 este lagaruit axial pe sania 2 si radial pe rulmentul radial cu doua randuri de role cilindrice. Rotirea platoului se realizeaza prin angrenajul melc z₁ - roata melcata z₂. Deplasarea saniei 2 pe ghidajele batiului 3 se realizeaza cu surubul-melc z₃, roata melcata z₄, pe al carui ax se afla pinionul z₅, in angrenare cu cremaliera C_r.

Fig.12

Blocarea mesei pe ghidajele 3 se realizeaza cu dispozitivele hidraulice 5.

Turatiile platoului fiind reduse, mai ales la diametre mari, lantul cinematic de avans circular, antrenat de un motor de curent continuu MCC, contine de obicei un angrenaj melcat (fig. 13) si un numar de angrenaje cilindrice, exterioare sau interioare.

Fig.13

In plan orizontal ghidarea saniei se realizeaza cu tanchetele cu role 6 si 7; blocarea mesei rotative pe sanie se face cu ajutorul unor mecanisme de blocare 4, iar a saniei pe batiu cu ajutorul unor mecanisme similare 5, la care blocarea se realizeaza cu arcuri, iar deblocarea se obtine pe cale hidraulica (fig.13 a). Blocarea (fig. 13 b) se asigura cu arcurile-disc 2, care mentin in permanenta pistonul 1 deplasat in jos, astfel ca pe tija 3 si elementul de strangere 4, se asigura forta de strangere intre elementele 5 si 6, aflate in miscare relativa unul fata de celalalt. La introducerea lichidului sub presiune sub pistonul 1 al motorului hidraulic MH, pistonul se ridica, comprimand arcurile-disc 2; forta de strangere dintre elementele 5 si 6 este anulata , astfel a ele se pot deplasa relativ unul fata de celalalt.

Fig.14

Masa rotativa din figura 14 este antrenata de un motor electric de curent continuu comandat cu tiristori, care roteste platoul prin intermediul unui angrenaj melcat si a unui angrenaj cilindric. Ea este construita de firma WOTAN, in diverse marimi, pentru piese grele, de mari dimensiuni. Precizia de pozitionare a platoului este de 0,002^o.

Fig.15

La masa rotativa din figura 16 in in angrenare cu roata melcata z₈ sunt doi melci identici z₇, rotiti independent de cele doua ramuri cinematice.

Fig. 16

Tensionarea acestor ramuri cinematice se obtine deplasand axial arborele III, cu ajutorul motorului hidraulic MH, si folosind doua angrenaje z₅/z₆ si z₉/z₁₀, cu danturile inclinate in sensuri inverse.

In acelasi scop la masa rotativa PEGARD (fig. 17) se utilizeaza doua roti dintate z₁₀, in angrenare cu roata interioara z₁₁, solidara cu platoul mesei.

La intreprinderea Infratirea Oradea s-a asimilat o familie de mese rotative deplasabile de mari dimensiuni, pentru masinile de laezat si frezat, cu schema cinematica din fig. 18.

Rotirea platoului se realizeaza cu un lant cinematic care se bifurca in dooua ramuri cinematice identice, care antreneaza doua pinioane identice in angrenare cu aceeasi roata cu dantura interioara solidara cu platoul mesei. Se asigura in acest fel eliminarea jocului mecanic la inversarea sensului de rotatie al platoului.

Deplasarea saniei mesei rotative se realizeaza cu un al doilea lant cinematic, actionat de motor electric de curent continuu acelasi ca si pentru antrenarea platoului. Ambele motoare electrice cu cuplul nominal de 80 Nm si un domeniu larg de reglare a turatiilor, turatia maxima a motorului fiind de 3000 rot/min.

Fig. 17

Fig. 18

Mesele rotative care intra in structura centrelor de prelucrare CPFH 320, 500, 800, proiectate de ICSITMU - TITAN, realizeaza avans circular sau pozitionari unghiulare (axa B comandata numeric), executand, cu sania pe care sunt amplasate miscari pe axele X, Z (la masinile cu montant fix) sau numai pe axa X (la masinile cu montant delpasabil).

Mesele rotative, paletabile sau nepaletabile, pot fi cu comanda numerica 360^o x 1000 pozitii, cu 360 x 1^o pozitii, sau cu 4 x 90^o pozitii unghiulare.

Primele sunt echipate cu traductor rotativ de tip inductosyn (fig. 19), fiind blocate pe masa cu 6 tije actionate de arcuri disc, blocarea facandu-se pe suprafata de contact a rotii melcate, turnata din bronz, si a mesei, turnata din fonta. Paleta este blocata pe masa prin cuplaj cu dinti frontali.

Fig. 19

Deblocarea se realizeaza hidraulic, ca si deblocarea paletei; sistemul de masurare a pozitiei unghiulare include si doua sesizoare pentru decelerarea si oprirea in pozitia unghiulara de "zero".

Mesele rotative 360 x 1^o pozitii unghiulare utilizeaza doua cuplaje cu dinti frontali Hearth (fig.20), unul pentru blocarea paletei pe masa, celalalt pentru blocarea mesei rotative pe sanie.

Fig.20

Cuplajul frontal al mesei rotative are 360 de dinti, blocarea facandu-se cu 12 pachete de arcuri disc; deblocarea se face hidraulic. Sistemul de masurare a pozitiei unghiulare include un traductor rotativ pe arborele melcului, si doua sesizoare pentru decelerarea si oprirea in pozitie de "zero".

Mesele rotative 4 x 90 pozitii unghiulare sunt similare ( fig. 21) cu cele 360 x 1 , dar sistemul de masurare a pozitiei unghiulare contine 5 sesizoare de pozitie pentru decelerari si opriri; alte doua sesizoare confirma pozitia blocata sau deblocata a mesei rotative.

Fig.21

Mesele rotative cu palete ISO (fig 22) inlocuiesc blocarea paletei pe cuplajul cu dinti frontali cu blocarea paletei pe suprafata S₁, cu ajutorul pachetului de arcuri disc dispus central, iar deblocarea se face hidraulic, prin alimentarea orificiului central p₁ cu lichid sub presiune.

a)

Fig. 22

Masa rotativa se blocheaza pe suprafata S₂ fata de sanie cu ajutorul a 6 pachete de arcuri disc, iar deblocarea prin alimentarea orificiilor p₂ cu lichid sub presiune.

Indexarea precisa a paletei se realizeaza prin doua tije actionate hidraulic de lichid sub presiune in orificiile p₃, p₄. Mesele rotative cu palete ISO nu modifica alte subansambluri ale masinii dar mecanismele de paletare devin liniare, nu rotative.

METODOLOGIA DE CALCUL

Masa rotativa are urmatoarele caracteristici:

w_r =1 rad/s; t_a=0,2 s; R_Mr=500 mm; m_Mr=300 kg; m_Sf=50 kg; R_i=400 mm;

1. Calculul momentului rezistiv total M_r [Nm]

M_din -momentul dinamic datorat fortei de inertie, in N m

M_fr -moment datorat fortei de frecare, in N m

M_st -moment static, in N m

-masa mesei rotative, in kg;

-raza mesei rotative, in m;

-masa semifabricatului, in kg;

R_i- pozitia semifabricatului pe masa, in m;

e_a acceleratia unghiulara sau deceleratia mesei rotative, in rad/s²;

;

w_r -viteza unghiulara, in rad/s;

w_r =0,5.1 rad/s;

t_a -timpul de accelerare, in s;

t_a =0,2.0,4 s;

M_din = 227,5 [Nm]

,

unde: m -coeficientul de frecare;

g -acceleratia gravitationala, in m/s²;

g = 9,81 m/s²

R_fr -raza de frecare, in m;

R_fr = 100 mm

m =0,008.0,01;

m =0,1.0,2 ;

M_fr = 3,5 [Nm]

,

unde    m_sf - masa semifabricatului in pozitie de neechilibru, in kg;

R_st - distanta dintre axa semifabricatului si axa mesei, in m;

M_st este valabil doar pentru mese rotative cu axa orizontala ;

2. Calculul puterii motorului electric P_a, in KW

,

unde    -turatia mesei rotative, in rot/min;

rot/min;

h -randamentul lantului cinematic de antrenare a mesei rotative;

h =0,78.0,92 - se alege h=0,8

P_a=0,28 kW;

3. Calculul cupaljului Herath

Outside diameter has the maximal value normalized up to outside diameter of the rotary table;

-Verifying the Hearth coupling:

-Calculul fortei de torsiune;

-Calculul fortei initiale;

-Verification of screws coupling fixing;

-Verification of contact pressure on the teeth;

-Verification of the base tooth bending

Unghiul de referinta al dintelui (α):

3.1. Calculul fortei de torsiune

F_t =10³ M_cp / R_m ,

unde    F_t este forta tangentiala conform momentului M_cp, in N;

M_cp -momentul total in timpul procesului de aschiere, in N m

R_m -raza medie a cuplajului, in mm;

f_t = F_t / z ,

unde    f_t este forta tangentiala transmisa pe un dinte, in N;

z -numarul de dintia ai cuplajului;

z =24.240 - se alege z = 144

h_t=5,16 mm;

a=30

R=280 mm;

r=225 mm;

M_cp=750 N m

R_m=(R+r)/2=252.5 mm;

F_t=2970 N;

f_t=20,6 N;

3.2. Calculul fortei axiale;

F_a = (1,5.2),

unde    F_a este forta initiala axiala, in N;

a -unghiyul de inclinare al dintelui, in grade;

f_a = F_a / z ,

unde    f_a este forta axiala transmisa pe un dinte, in N;

F_a=2250 N;

n=10 suruburi M10;

f_a=15,6 N;

3.3. Verificarea suruburilor cuplajului fix

;

;

unde    t_cs este efortul de forfecare in surub, in N/mm²;

n -numarul de suruburi;

A₁ -suprafata sectiunii unui singur surub, in mm²;

t_a -efortul admisibil, in N/mm²;

n = 8.18;

t_a=40.60 N/mm²;

t_fs=3,7 N/mm² <40 N/mm²;

3.4.Verificarea presiunii de contact pe dinte:

,

unde    p -presiunea de contact, in N/mm²;

R, r -razele exteriara si interioara ale dintelui, in mm;

h_t -inaltimea dintelui, in mm;

c_p -puctul real de contact, in %;

p_a -presiunea acceptata, in N/mm²;

c_p=40.60%;

p_a =80.120 N/mm²

Se alege c_p=40% si rezulta p=12,6 N/mm² <80 N/mm²;

3.5.Verificarea incovoierii la baza dintelui:

;

unde    s_i reprezinta forta de incovoiere, in N/mm²;

s_ai -forta de incovoiere acceptata, in N/mm²;

s_ai = 40.50 N/mm² pentru otel carbon;

s_ai =90.140 N/mm² penrtru otel;

s_i=2,7 N/mm² <40 N/mm²;

4. Calculul sistemului de fixare luand in considerare STAS 8216-80

Se allege arcul disc B80 cu uratoarele caracteristici:

D_e=80 mm;

D_i=41mm;

s=3,0 mm;

h=2,3 mm;

l₀=5,3 mm;

F=10700 N;

Diagrama de incarcare:

-Forta axiala totala admisibila (F_ts);

,

unde    c_a -coefficient de siguranta;

c_a =1,5.2;

Coeficientul de siguranta se allege , c_a=1,75; rezulta forta F_ts= 3937 N;

-Arcul disc are fixata o deformatie initiala f₁ = (0,3.0,5)·h, unde h este deformatia maxima a unei singure spire;

→deformatia initiala, f₁ = 0,3·h =0,69 mm;

-incarcarea pe o singura spira, aceasta corespunde unei deformatii f₁ este:

,

E=2,1·10⁵ N/mm²;

μ =0,3;

N/mm²;

F₁=2430 N

unde    E este modulul lui Young, in N/mm²;

μ -coeficientul lui Poisson;

s -grosimea spirei, in mm;

unde ;

D_e -diamerul exterior al spirei, in mm;

D_i -diametrul interior al spirei, in mm;

-Numarul de spire dintr-un grup se calculeaza in functie de relatia n_a≥F_ts /F₁, unde n_a este prima valoare rotunjita intreaga;

n_a=2;

-Numarul de spire capabile sa asigure deplasarea liniara a motorului hidraulic si deschiderea cuplajului:

i = (h_t +h_s) / (f - f₁),

h_s =1.3 mm;

i=7;

unde    h_t inaltimea dintilor cuplajului Hearth, in mm;

h_s -inaltimea de siguranta pentru deschiderea cuplajului, in mm;

f -deplasarea spirelor corespunzatoare unei comprimari de 0,75∙h, in mm;

-Lungimea grupului de spire necomprimat:

,

L₀=5,81 mm

unde    l₀ este lungimea unei spire necomprimata, in mm;

-Lungimea grupului de spire comprimate cu 0,75∙h este:

;

L=46 mm

-Lungimea grupului de spire dupa asamblarea motorului hidraulic:

;

L₂=53,2 mm

5. Calculul motorului hidraulic

Dimensiuni principale:

s_at=110 N/mm²;

-Forta de deschidere a cuplajului Hearth (F_H), in N:

,

unde    F_fr este forta de frecare din motorul hidraulic, in N;

F -forta standardizata a arcului comprimat este 0,75∙h;

F_fr=20 N;

F_H=24920 N;

-Diametrul cilindrului hidraulic (D), in mm:

,

unde    p_H este presiunea de lucru recomandata pentru lantul cinematic auxiliar, in N/mm².

p_H=2,0 N/mm²

D=125 mm

-Grosimea cilindrului hidraulic (δ_H), in mm:

,

unde s_at solilcitarea admisa pentru forta de tractiune, in N/mm²;

s_at =110.130 N/mm²;

δ_H=3 mm

-Debitul necesar pentru pompa hidraulica (Q_p), in l/min:

,

unde    este valoarea vitezei motorului hidraulic, in m/min; =2.4 m/min

Q_p=26,9 l/min

-Diametrul conductei (d_c), in mm:

,

unde v_o viteza uleiului prin conducte;

v_o =120.240 m/min;

d_c=6 mm

-Volumul rezervorului,

V=4Q_p;

-Puterea motorului electric care antreneaza pompa (P_ME), in kW:

.

P_ME=0,9 kW

6. Verificarea motorului electric care antreneaza lantul cinematic

i₁ = k / z_rm,

z_rm -numarul de dinti ai angrenajului melcat;

i₂= z₂ / z₃, unde z₂ si z₃ sunt numerele de dinti ale pinionului respectiv ai rotii dintate

-Verificarea valorilor lantului cinematic:

,

unde    si sunt turatiile minima si maxima ale motorului electric;

i_R -raportul de transfer al lantului cinematic dintre motorul electric si masa rotativa;

i_R=i₁ i₂=1/30 1/10=1/300

-Verificarea momentului nominal de torsiune (), inN m

;

unde    k_s este coeficient de siguranta;

k_s = 1,1.1,2;

1,06 N m

-Verificarea la torsiune (, in N m

unde    si sunt turatia si timpul caracteristic accelerarii motorului electric;

J^II -momentul de inertie pe axul II;

;

J_z2 -momentul de inertie la pinionul z₂,

J_rm -momentul de inertie el rotii melcate,

J_II - momentul de inertie pe axul II;

J^III - momentul de inertie pe axul III;

;

J_z3 - momentul de inertie la pinionul z₃,

J_p -momentul de inertie al mesei rotative,

J_Sf -momentul de inertie al semifabricatului considerand punct de referinta axa III.

J =m R²/ 2,

Unde    m este masa si R - raza exteroara a cilindrului.

4,2 N m

3 Stabilirea sistemului de automatizare

Caracterizarea sistemului adoptat, comparativ cu masinile similare analizate

Echipari speciale

a. Masa paletabila

Masa paletabila a centrului de prelucrare se va indexa in patru pozitii la 90⁰. Aceasta va putea fi comandata prin NC, cu rotire continua ca axa comandata si oprire in 36000 de pozitii, sau cu indexare in 72 de pozitii.

Inaltimea suprafetei de asezare a pieselor pe paleta va fi in concordanta cu sistemele de transport realizate.

Masa paletabila este prevazuta cu un sisteme de sesizare a prezentei paletei. Suprafata de asezare a paletelor pe masa si ale mesei va fi spalata cu un jet de aer.

b. Schimbatorul dublu de palete

Va permite schimbarea de pe masa masinii (in cazul functionarii independente a acesteia) sau schimbarea paletelor de pe masa masinii si transmiterea lor la un rabocar (in cazul introducerii masinii intr-un sistem flexibil).

c.  Instalatia de racire a sculei. Carenaj

Instalatia de racire a sculei va realiza totodata si spalarea piesei. Debitul jeturilor de lichid (50-300 l/min.) cat si capacitatea rezervorului va asigura ambele functionalitati.

Carenajul centrului de prelucrare va asigura etansarea locului in care se face prelucrarea fata de exterior. El va permite paletarea automata in ambele sensuri s evacuarea automata a spanului si a lichidului de racire, dirijarea lor si transportul automat al aschiilor spre locul de depozitare.

d. Magazinul de scule

Centrul de prelucrare va fi dotat cu un magazin de scule de tip lant cu o capacitate de 42 de scule.

Din punct de vedere al constructiei, magazinele de scule vor fi concepute pentru scule cu coada ISO 50.

Prinderea sculei in arborele principal facandu-se printr-o penseta, in magazin se va prevede un sistem corespunzator al fiecarei scule.

Centrul de prelucrare va fi dotat cu un singur magazin, in acest caz, echipamentul de comanda numerica va permite schimbarea automata a sculelor in magazin si in timpul aschierii.

Magazinul de scule va avea:

un punct de schimbare al sculei cu cea din arborele principal;

un punct de schimbare al sculei cu cea din manipulatorul de scule (in cazul sistemului flexibil). Acest punct se va afla in partea din spate a centrului de prelucrare si la o inaltime maxima admisa de magazin.

Un punct de schimbare manuala a sculei.

Punctul de schimbare manuala a sculei si punctul de schimbare al sculei cu manipulatorul, vor avea fiecare cate un traducator de proximitate pentru sesizarea prezentei sculei.

Fata de pozitia punctului de schimbare al sculei cu ajutorul manipulatorului, nu va fi amplasat nici un element mecanic sau hidraulic, care ar stanjeni deplasarea manipulatorului prin spatele centrului de prelucrare.

e. Accesorii speciale

Se propune ca masina sa fie echipata cu urmatoarele accesorii:

Capete de multiplicare a turatiei; capete pentru operatii speciale solicitate de anumite piese. Aceste accesorii vor fi inmagazinate in magazinul de scule al masinii;

Instalatie de racire a sculei cu debit mare de lichid, care sa asigure si spalarea piesei;

Sistem de supraveghere automata a uzurii si ruperii sculei, care va functiona in trei moduri:

pentru scule mici, de tip burghiu, cu masurarea pozitiei varfului inainte si dupa aschiere;

pentru scule de tip bara de alezare, cu sesizarea prin traductoare piezo-electrice;

pentru scule gen freza de dimensiuni mari (diametre de 100-200 mm), cu masurarea curentului in circuitul motorului de actionare principala.

Controlul dimensional pe masina;

Diagnoza functionarii masinii cu afisarea aparitiei defectului si a cauzei acestuia.

4.4 Timpul de schimbare a sculei si timpul de schimbare a paletei

In tabelul de mai jos se gasesc valorile timpilor de schimbare, a sculei si paletei, extrase din informatiile avute de la firmele analizate.

De mentionat faptul ca aceste valori nu pot fi considerate decat informative, neprecizandu-se, in majoritatea cazurilor, daca timpul de schimbare a sculei sau a paletei se refera la intervalul strict in care se face operatia de schimbare sau cel considerat "de la span la span".

Tabel 4.7

Precizia de pozitionare si de repetabile

Valorile preciziei de pozitionare si repetabilitate extrase din analiza facuta la firmele constructoare mai importante, sunt date in tabelul de mai jos.

In acelasi tabel sunt trecute si valorile ce se pot obtine la noul centrul de prelucrare 95-068, cu elemente de completare existente si cu elemente de completare de precizie (nou asimilate sau din import).

De mentionat faptul ca, fara asimilarea sau importul unor traductori, microinterpretatori, cuplaje de tip Hirth, suruburi cu bile si a unei comenzi numerice corespunzatoare, nu sunt create elemetele de completare necesare realizarii unor masini de precizie.

De asemenea, realizarea acestei masini este determinata si de crearea unor conditii corespunzatoare organizatorice de montaj si prelucrare a unor piese de importanta pentru centru de prelucrare (incinta termostata).

Tabel 4.8

Numaratorul fractiei reprezinta valoarea propusa in situatia utilizarii elementelor componente din fabricatia existenta.

Numitorul fractiei reprezinta valoarea propusa in situatia utilizarii unor elemente componente de precizie (ce se vor asimila sau importa).

In privinta preciziei de pozitionare si de repetabilitate a mesei rotative, problema este similara. Actual se obtine prin comanda numerica a preciziei de pozitionare mare, de ± 20" si repetabilitate de ±10".

Aceasta precizie trebuie imbunatatita la minimum de ±15" si ±7". Prin indexare de 360 pozitii pe dantura cu Hirth, se asigura de firmele straine o precizie de ±3"/±2". Actual, pentru realizarea acestei precizii, este necesara o restabilire a preciziei de lucru a masinilor din dotarea I.U.G. Craiova, care prelucreaza dantura Hirth.

Pentru situatia indexarii la 90⁰ intr-o precizie simlara la ±3"/±2", este necesara asimilarea unor microintrerupatori sau sesizari de proximitate de precizie.

Precizia de pozitionare si repetabilitate la rotirea mesei se gaseste in tabelul urmator:

Tabel 4.9

4.5 Descrierea functioanala a ciclului de lucru

Centrul de prelucrare reprezinta o categorie speciala de masini unelte cu comanda numerica. Aceasta se obtine din masina orizontala de alezat si frezat, la care se introduce un sistem special de schimbare automata a sculei. Marimea numarului de scule, cu care se actioneaza asupra piesei, pe aceeasi masina, este necesara la prelucrarea unor piese cu proces tehnologic, ce cuprinde multe operatii, numarul pieselor prelucrate fiind mic, situatie in care prelucrarea pe o linie automata nu este rationala.

Schimbarea automata a sculei, la centrul de prelucrare 95-068, se realizeaza in varianta de schimbare scula cu scula. Se realizeaza cu ajutorul unei maini mecanice (operator mecanic), care preia sculele dintr-un magazin de scule si, prin miscari de rotatie si translatie, le introduce succesiv, in axul principal al masinii.

Magazinul de scule, in cazul centrului de prelucrare dat prin tema, este de forma unui lant, pe ale carui zale se prind locasurile de montare a sculelor. Ca mentiune generala, sculele se monteaza in locasurile magazinului, deja reglate, corespunzator operatiilor ce se vor executa.

Sculele utilizate sunt ISO 50.

Mecanismul de transfer scula (mana mecanica) executa urmatoarele miscarii, in ordinea scrisa:

1. Rabotare cu C = 90⁰; t = 1s;

2. Apucare scula: C = 100 mm; t = 0.5s;

3. Scoatere scula C = 145 mm; t = 1s;

4. Rotire brat: C = 180⁰; t = 0.75s;

5. Introducere scula: C = 145 mm; t = 1s;

6. Retragere: C = 100 mm; t = 0.5s;

7. Rabatare: C = 90⁰; t = 1s;

8. Scoatere scula: C = 145 mm, t = 1s;

9. Avans: C = 125 mm; t = 0.75s;

10.  Introducere scula: C = 145 mm; t = 1s;

11.  Retragere: C = 125 mm; t = 0.75s;

12.  Rotire magazin

13.  Apucare scula: C = 125 mm; t = 0.75s;

14.  Scoatere scula: C = 145 mm; t = 1s;

15.  Retragere: C = 125 mm; t = 0.75s;

16.  Introducere scula: C = 145 mm; t = 1s.

Timpul de schimbare a sculei aschie-aschie, este compus din timpii de:

Pe centrul de prelucrare proiectat se pot executa prelucrari prin frezare, gaurire, alezare si filetare.

Prin echiparea cu comanda numerica pe trei sau patru axe, se pot executa conturari prin interplane dupa doua sau trei axe la alegere, astfel, dintr-o singura prindere a piesei, se pot executa operatiile mai sus metionate, pe patru sau cinci fete.

Astfel, centrul de prelucrare, se pot prelucra in special, piese prismatice, tip carcasa, intr-o productie de unicate, serie mica si mijlocie.

Ca adaptari minime, centrul de prelucrare cu arbore orizontal, cu ghidajele mesei in plan orizontal, poate fi integrat in celule si sisteme flexibile.

Centrul de prelucrare proiectat, 95-068, este conceput modular. Masa se deplaseaza longitudinal si transversal pe niste ghidaje amplasate in plan orizontal (axa X si axa Y). Pe ghidajele montantului se deplaseaza capul de frezare (axa Z).

Sistemul de comanda permite actionarea masinii pe baza unui program inregistrat in memorie, pe banda sau actionarea pe baza unei comenzi manuale.

Succesiunea de operatii se realizeaza prin schimbarea automata a sculelor in arborele principal, operatia de transfer fiind efectuata de mana mecanica. Dotarea centrului de prelucrare cu un magazin de scule implica utilizarea rationala a sculelor, functie de operatia ce se executa.

In cazul functionarii dupa program, in functie de diversele sitatii aparute in prelucrare, se pot introduce manual corectii de scula (diametru, lungime) avans, turatie sau cursa.

Centrul de prelucrare este inzestrat si cu un panou de comanda, de la care se pot comanda pornirea, oprirea, avansurile de lucru, turatia arborelui principal.

Constructia solida si robusta a batiului, montantului, mesei este menita sa asigure un mers linistit intregii masini, la diferite regimuri de lucru a acesteia, inclusiv la mersul in gol, cu avansuri rapide.

Avansurile pe axele X, Y si Z sunt obtinute cu ajutorul unor motoare de curent continuu si un motor hidraulic, motoarele de curent continuu antreneaza suruburi cu bile. Motorul care antreneaza direct surubul cu bile se realizeaza prin intermediul a cate unui cuplaj elastic, ce permite abateri de la coaxialitate intre axa surului cu bile si axa motorului, protejand astfel lagaruirile, fara a avea jocuri unghiulare.

Masurarea deplasarilor pe axe, se face cu traductori liniari tip inductosyn sau Heidentrain, iar la varianta cu patru axe comandate prin NC, deplasarile unghiulare pe axa B se masoara cu traductor circular tip inductosyn sau Heindenhain.

Paleta pe care se prinde piesa de prelucrat poseda un dispozitiv de rotire, indexare si blocare pe masa masinii. Indexarea si blocarea in diversele pozitii unghiulare, se face hidraulic.

Pe panou hidraulic, cu instalatie de termostatare a uleiului de ungere, asigura atat racirea carcasei rulmentilor care lagaruiesc arborele principal, cat si lubrefierea angrenajelor cutiei de viteze a capului de frezare.

Utilizarea instalatiei de termostatare asigura mentinerea uleiului de ungere intr-un domeniu de temperatura care sa permita deformatii termice minime.

Centrul de prelucrare este echipat, de asemenea, si cu un transportor de span si cu instalatie de spalare a piesei si carenaj. Cu modificari minime, masina poate fi integrata in celule si sisteme flexibile de prelucrare.

4.6 Actionarea hidraulica

In ultimele decenii actionarile hidraulice au cunoscut o dezvoltare considerabila, in cele mai variate domenii al tehnicii, datorita unor avantaje considerabile pe care aceste actionari le au in comparatie cu cele mecanice si chiar cu cele electrice, in unele privinte. Astfel, actionarile hidraulice au in prezent o larga utilizare in constructia de avioane, rachetelor, a tehnicii militare, a masinilor unelte, a pieselor, la laminoare, la masinile de transport si ridicat, la excavatoare si late utilaje de constructie.

Unul dintre avantajele fundamentale ale sistemelor de actionare hidraulica in constituie gabaritul si greutatea redusa pe unitatea de putere.

Alte avantaje ale sistemelor de actionare hidraulica sunt:

posibilitati largi de realizare a unor cicluri de functionare automatizate si schimbarea usoara a caracteristicilor acestor cicluri.

Posibilitatea de reglare continua a vitezelor organului de lucru in limite largi si dupa orice lege dorita;

Mentinerea constanta a vitezei de lucru;

Posibilitatea obtinerii unor forte si puteri considerabile si usurinta comenzilor acestor instalatii uriase;

Obtinerea unor miscari silentioase si stabile, uzuri minime ale elementelor active, durata mare de functionare (10.000 ore sarcina pentru pompe si motoare hidraulice), protectia usoara si sigura impotriva suprasolicitarilor, controlul permanent asupra sarcinii, toate acestea fiind o urmare a folosirii modului hidraulic ca agent motor;

Caracteristica mecanica rigida;

Spre deosebire de curentul electric, fluxul de lichid transporta caldura degajata ca rezultat al pierderilor de energie din locul in care se degaja ceea ce permite micsorarea dimensionala a elementelor pentru o anumita putere, sau marimea puterii raportate la unitatea de volum;

Evacuarea caldurii se face usor, folosind schimbatoare de caldura amplasate in locuri comode;

Larga posibilitate de unificare, tipizare, normalizare a elementelor componente al sistemelor hidraulice, ceea ce a facilitat realizarea unor sisteme modulare miniaturizate si circuite integrate.

Printre dezavantajele mai importante se pot cita:

poluarea si pierderile volumice de lichid de lucru, ceea ce favorizeaza aparitia de obliteratie si variatie a vitezei organului de lucru;

pericol de explozie si incendiu, legate in special de tendintele actuale de crestere permanenta a presiunilor de lucru deoarece spalarile de lichid prin fante mici sub presiuni ridicate duc la forme de ceata de ulei, care se inflameaza foarte usor;

pierderile liniare si locale