Compunerea generala a Masinilor Unelte

MU sunt constructii complexe specifice procedeelor de prelucrare care se executa. Cu toate acestea MU sunt compuse din urmatoarele parti, avand functii specifice, deosebite, dupa cum urmeaza:

1. Actionarile, grupeaza mecanismele si componentele ce asigura realizarea miscarii executate si transmiterea puterii.
2. Partile portante, care cuprind piesele de baza si sistemele de preluare a fortelor si momentelor necesare efectuarii procesului de prelucrarecrare (batiuri, sanii, mese, verigi executante).
3. Parti de comanda prin care se stabilesc parametrii de functionare si se conduce total sau partial ciclul de lucru.
4. Sisteme auxiliare care asigura realizarea si mentinerea conditiilor de functionare optime ale MU. Acestea cuprind sistemul de ungere-racire a sculei si eventual de spalare a acesteia, de termostatare a zonei de lucru sau a MU, de indepartare a aschiilor si rezidurilor sau de spalare a MU.
5. Sistemul de alimentare si evacuare cu ajutorul caruia se asigura introducerea pieselor in pozitiile de prelucrare si apoi eliberarea lor de pe MU la sfarsitul ciclului de lucru.

1.Actionarile.

Acestea grupeaza componentele optice, electrice, hidrostatice si sistemele de transformare a miscarilor utilizate in constructia MU.

Transmiterea si transformarea miscarilor de la sursele respective la verigile executante VE se fac printr-o serie de componente, subansamble specifice care se numesc in general "verigi".  Sirul "verigilor" care servesc la transmiterea, transformarea, reglarea miscarilor intre sursele de miscare si VE sau numai intre VE se numesc lanturi cinematice.

Constructiile VE pot fi mecanice, hidraulice, pneumatice sau combinate.

Constructia VE se bazeaza pe miscarile relative dintre scula si piesa, caracteristicile procesului de prelucrare necesare pentru generarea suprafetelor.

La MU aceste miscari sunt:

miscarea principala in timpul careia are loc aschierea

miscarea de avans in timpul careia scula aschietoare patrunde in straturi noi de material.

Miscarea principala functie de tipul masinii poate fi de rotatie sau de translatie.

Actionarea MU se face, in general, cu motoare electrice, care asigura la intrarea schemei cinematice o miscare de rotatie, a carei marime va fi variata in limite foarte restranse.

Sarcina de reglare si transmitere a miscarii, de la motor la arborele principal, este realizata de doua grupe de verigi reglabile. Acestea pot transmite miscarea si, in acelasi timp, pot sa asigure o variatie continua sau discontinua a miscarii la elementul final al lantului cinematic.

Schemele unor lanturi cinematice de actionare sunt prezentate in figura:

CPO = cuplaj de pornire-oprire

CSI = cuplaj de siguranta

VR = veriga reglabila a miscarii finale R sau L

Linia intrerupta = transmisii constante

Mecanismele de reglare in trepte numite cutii de viteza sau cutii de avansuri sunt formate din mai multe mecanisme elementare legate intre ele in diferite moduri, determinand obtinerea de rapoarte de transmisie diferite, deci viteze sau avansuri diferite la iesire.

Miscarea se poate transmite prin angrenaje sau prin unele conuri in trepte.

Actionarea lanturilor cinematice se poate realiza cu:

partea de reglare si electromotor trifazat (EMT)

EMCC cu magneti permanenti de cuplu mare cu rotor disc si intrefier axial si a tiristoarelor (convertizor static de tensiune)

In constructia partii de reglare - la MU care prelucreaza suprafete complexe prin compunerea avansurilor (Mu cu NC si CNC sau la sisteme prin copiere).

La MU moderne, tip MU cu CNC si CP, se utilizeaza lanturi cinematice care au in structura elemente cu un inalt grad de precizie cinematica si o fiabilitate ridicata, sunt lanturi cinematice scurte (cu putine elemente) si astfel dimensionate incat sa nu constituie surse de caldura sau surse de vibratii.

Analiza diferitelor solutii constructive si cinematice a MU moderne conduce la urmatoarele concluzii:

actionarea lantului cinematic principal se realizeaza cu motor electric asincron, cu motor de curent continuu sau cu motor hidraulic

mecanismele de reglare a lantului cinematic principal, in afara reglarii prin motor (de curent continuu sau hidraulic), este o cutie de viteza relativ simpla cu un numar mic de trepte.

comutarea turatiilor, pentru a putea fi automatizata, se face cu mecanisme tip baladori hidraulici, cuplaje hidraulice sau electromagnetice.

lanturile cinematice sunt scurte, contin putine elemente, iar arborele principal, este separat , pe cat posibil de motorul de actionare si de celelalte mecanisme ale lantului cinematic, pentru ca miscarea de aschiere sa nu fie influentata de vibratiile si caldura pe care le produc.

Ex:

Fig. 4.2 Fig. 4.3

CP -> strung paralel cu CN ->CV este complet separata de papusa fixa si contine cuplaje electromagnetice STROMAG.    

Fig 4.4   Fig. 4.6

CP ->Constructii de lant cinematic principal actionat de un motor de curent continuu si reglat printr-o cutie de viteza CV cu baladori actionati hidraulic.

Fig. 4.7, CP-> Lanturi cinematice principale cu EMT de curent alternativ cu CV cu cuplaje electomagnetice

Pentru lanturi cinematice de avans, la MU moderne se utilizeaza urmatoarele actionarii:

electrice

electrohidraulice

hidraulice

Pentru MU moderne, lantul cinematic LC de avans trebuie sa fie un LC independent, actionat separat. LC de avans cuprind in general urmatoarele:

motorul de actionare - MCC - clasic cu rotor de Mi mic

- cu rotor disc si intrefier axial (AXEM)

- cu magnetii permanenti cu mecanica redusa

- MPP - pentru cupluri mici

- pentru cupluri mari (amplificatoare hidraulice de cuplu), elimina utilizarea traductoarelor de pozitie, dar pentru MU de precizie se folosesc traductoare de deplasare care micsoreaza avantajele solutiei.

reductor, o transmisie cu RD sau mai rar curele dintate,

surubul- piulita cu bile.

Ex:

Fig. 4.14, CP Exemple de LC de avans la CINCINNATI actionat de MCC prin tiristori.

Un alt mod de actionare este un MCC cu intrefier axial, AXEM sau un moror electrohidraulic pas cu pas SIEMENS sau FUJITSU cu distributie liniara, FOREST sau DANFOSS cu distributie rotativa.

Ex:

Fig. 4.16

Fig. 4.17

MCC cu magmetii permanenti functioneaza la turatie joasa si nu necesita introducerea de reductor de turatie. Solutia permite amplasarea si cuplarea directa pe arborele motorului a traductorului de deplasare rotativ.

Piesele corpolente sau portante

In aceasta grupa sunt cuprinse piesele mari ale MU care indeplinesc urmatoarele functii:

sustine alte subansambluri ale MU

preiau si transmit forte rezultate din procesul de aschiere si din greutati proprii

asigura precizia deplasarilor

Conditiile pe care trebuie sa le indeplineasca sunt:

sa aiba rigiditate cat mai mare

sa aiba rezistenta la vibratii

sa aiba greutate minima

In functie de mobilitatea lor se deosebesc: - piese corpolente - fixe

- mobile

1.Piese corpolente fixe

Din aceasta grupa fac parte : batiurile, coloanele, traversele fixe, carcasele, placile de baza, picioarele, etc.

Dintre acestea cea mai importanta piesa este batiul.

In batiu se inchid toate solicitarile masinii si determina in cea mai mare masura forma MU.

El poate fi realizat monobloc sau din parti montate rigid.

Forma constructiva a batiului este determinata de marimea, configuratia si greutatea pieselor de prelucrat, de solicitarile produse de F de aschiere, de greutatile pieselor si subansamblurile pe care le sustin, de structura cinematica a MU, de cerintele de ordin functional, constructiv si estetic, de tehnologia de fabricatie, de gradul de tipizare, etc.

Batiurile au forme constructive foarte variate astfel incat clasificarea lor este facuta pe urmatoarele criterii:

• dupa forma constructiva:

orizontale

verticale

inclinate

de tip grinda

cadru.

• dupa  solutia constructiva:

turnat

sudat.

• dupa profilul sectiunii transversale:

dreptunghi (sau forma de cadru)

cu pereti interiori de rigidizare

cu sectiune trapezoidala

cu rigidizare circulara

Necesitatea eliminarii aschiilor impune ca batiul sa fie prevazut cu spatii care sa asigure conducerea acestora in colectorul sau in transportorul cu banda sau cu rola.

Batiul trebuie prevazut cu jgheaburi si caneluri care asigura colectarea lichidului de racire si ungere.

In unele MU in interiorul batiului sunt prevazute spatii pentru : sistemele de ungere-racire, motoare electrice de antrenare, amplasare de aparataj electric si hidraulic.

v    Batiul se dimensioneaza prin calcul si incercari pe model.

v    Etapele proiectarii:

stabilirea schemei incarcarii cu F

calculata la vibratii

calcularea deformarilor termice

calculul eforturilor unitare

calculele de rigiditate.

Piese corpolente mobile - mese

plansaibe

console

suporti

berbeci

traverse mobile

papusi mobile

3.Ghidaje si sisteme de ghidare

sunt alcatuite din fortele care sunt suprafete de contact intre partea fixa (batiu) al MU si partea mobila (sanie, unitate avans).

Rolul sistemului de ghidare e de a materializa traiectoriile generatoarelor rectilinii sau circulare necesare generarii suprafetelor pieselor de prelucrat.

Se clasifica dupa:

forma traiectoriei: rectilinii sau circulare

dupa profilul perpendicular pe directia de miscare:

in A:

in V:

coada de randunica:

in profil dreptunghic:

in profil cilindric:

dupa forma constructiva

Intre fatetele ghidajelor, acestea se pot imparti in grupe si subgrupe:

o  grupa A = ghidaje cu frecare de alunecare

o  grupa B = ghidaje de rostogolire

o  grupa C = ghidaje mixte

- grupa A - frecare lichida

- frecare gazoasa

- frecare mixta

In general, sistemele de ghidare pot prelua sarcini verticale, orizontale, inclinate

Ghidarea trebuie sa asigure precizia descrisa initial, sa fie rigida, sa aiba rezistenta la uzura si sa permita deplasarea subansamblelor mobile cu viteza mare

La MU cu comanda numerica, sistemele de ghidare sunt sisteme hidrostatice si de rostogolire.

Sistemele de ghidare cu rostogolire se caracterizeaza prin faptul ca intre fatetele de ghidare exista corpuri intermediare: role, bile, ace; care pot fi inchise sau deschise.

In funcsie de tipul corpurilor de rostogolire avem diferite constructii (fig.11).

Acest tip de ghidaje pot fi cu prestrangere sau fara prestrangere (inaltimea jocului existent intre elemente).

Daca MU utilizeaza elemente de tipul saniilor, se vor folosi constructii cu recircularea corpurilor rostogolitoare de tipul: tanchete cu role, patine, seturi de role si patine (fig.4.24).

Fig 131 - Tanchete cu role Fig 133 - Colivii pentru corpuri intermediare

Ghidajele hidrostatice folosesc drept lichid uleiul, apa, lichidul de racire.

Acest tip de ghidaje pot fi cu curgere libera sau cu cadere de lichid.

Sunt utilizate pentru preluarea fortelor ce conduc la perturbatii ale preciziei de prelucrare prin compensarea deplasarilor ce apar datorita fortelor de incarcare cu lichid.

4.Constructia lagarelor arborelui principal al Masinilor Unelte.

De regula are o suprafata de revolutie si suporta toate ce intervin.

Lagarele pot fi ovalizate cu elementele de rostogolire -> cu rulmentii sau cu elementele hidrostatice.

Rulmentii = lagare cu corpuri de rostogolire ce se monteaza pe arborele principal in punctele de rezemare ale acestora si au rolul de a prelua fortele ce apar in timpul procesului de prelucrare sau in repaus.

Rulmentii trebuie suspendati si sa aibe o mare rigiditate, asigurand o precizie ridicata la arborele principal.

La masinile moderne, lagarele trebuie sa asigure o miscare de rotatie arborele principal de precizie ridicata, o buna stabilitate la vibratii si o buna stabilitate termica.

Lagarele hidrostatice se folosesc la mesele rotative si la cele care executa deplasari liniare ce intra in componenta centrelor de prelucrare.

Lagarele hidrostatice pot fi cu cadere libera(Fig. 136) de presiune sau cu curgere libera de presiune.

Fig. 136

Fig. 137

Fig. 138

3.Partile de comanda.

Stabilesc parametrii de functionare in ciclu partial sau total de lucru.

In cadrul acestor parti de actionare, cu ajutorul manetelor, butoanelor se realizeaza instalarea parametrilor de aschiere ce determina regimul de aschiere.

Regimul de aschiere e caracterizat din punct de vedere al calcului parametrilor de aschiere specifici fiecarei aschieri.

Parametrii de aschiere:

t - adancimea de aschiere = marimea stratului de material indepartat la o singura trecere a sculei pe suprafata de prelucrare.

S - avansul de aschiere  Ap

V - viteza de aschiere    t = -------- * i

2

unde Ap = adaus prelucrare

t = viteza in functie de material Ap > t

i = numarul de treceri

s = marimea stratului de patrundere a sculei aschietoare la o rotatie sau cursa dubla.

- se masoara in mm/rot sau mm /cursa dubla

La frezare se folosesc : avansul pe dinte : s masurat in mm/dinte

v =Π*dn masurat in mm/min

d= diametrul piesei de prelucrare

n= turatia

v

t

s

Regimul de aschiere = alegerea si calculul parametrilor in functie de procedeul de prelucrare folosit.

3.1. Mecanisme de transformare a miscarilor.

Pentru realizarea de catre verigile executante astfel ca parametrii cinematici sa corespunda procesului de lucru sunt necesare variatii ale vitezei, insumarea vitezelor a doua miscari, transformarea unei miscari din R in L, din continua in periodica.

Sunt utilizate indeosebi la obtinerea miscarii rectilinii alternative, avand miscare R reversibila.

Pot fi : - pinion-cremaliera P-C

-melc-cremaliera M-C

-surub-piulita

-biela-manivela - mai putin utilizat

a) Mecanismul Pinion-Cremaliera P-C

Este folosit pentru transformarea - directa R-L

- inversa L-R

Transformarea directa R-L este corespunzatoare la miscari fara conditii deosebite de precizie si uniformitate, cu forte mici si viteze mari (M.E ajutatoare) fara cerinte de autofranare si cu un randament bun.

Solicitarea preponderenta a danturii este la incovoiere si strivire=>forta de tragere.

Schema constructiva a mecanismului P-C cuprinde in mod obisnuit si transmisii prealabile reducatoare iar la MU moderne si elemente pentru scoaterea jocului si chiar de pretensionare pentru a putea executa deplasarile VE cu precizie corespunzatoare.

Se utilizeaza doua pinioane P_i1 si P_i2 antrenate prin rotile melcate RM₁ si RM

b) Mecanismul Melc-Cremaliera cu alunecare M-C

Este utilizat pentru un mers linistit si uniform la curse lungi si forte mari, permitand reductii puternice si precizie a deplasarilor dar are insa un rationament redus.

Melcul-otel, cremaliera-material antifrictiune: bronz, fonta.

Au executie pretentioasa.

Avand alunecare si forte mari necesita ungere abundenta.

Cremaliera se fixeaza pe o piesa rigida, deci marimea cursei nu afecteaza deformatiile in cazul S-P.

Necesitatea de crestere a randamentului a impus construirea unor mecanisme M-C cu rostogolire care pot fi actionate cu pierderi minime.

Prestrangerea se realizeaza prin deplasarea radiala a melcului catre cremaliera in planul radial al acesteia.

3. Mecanisme surub-piulita

Mecanismul Surub - Piulita S-P

Avantaje:

raport mare de reductie deci moment de rotatie mic

posibilitatea sau nu de autofranare

poate servi ca mecanism de insumare

se obtin miscari precise, linistite, sigure, masurabile cu exactitate

in anumite conditii au randament destul de ridicat

De regula serveste transformarii directe R-L in care se poate roti fie surubul fie piulita. Varianta cu piulita rotitoare reduce torsiunea surubului, permite incastrarea rigida si cu pretensionare a acestuia, deci rigiditate mai mare deci o precizie si uniformitate a miscarii.

Pentru transformarea inversa L-R sunt foarte rar utilizate si numai modelele fara autofranare si cu rostogolire.

Dupa felul frecarilor deosebim S-P -cu frecare de alunecare (mixta sau lichida)

cu rostogolire

c1) S-P cu alunecare si frecare mixta

costuri scazute

sunt practic toate cu autofranare

au randament scazut (0,2 . 0,45%)

au uzura care le schimba precizia in timp - piulite din materiale antifrictiune-bronz

Pentru limitarea vitezei de uzura pe flancuri presiunea p<p_adm=3÷12MPa.

Existenta alunecarii presupune totusi un joc functional minim care se instaleaza mai usor prin reglaj, el crescand oricum in timp datorita frecarilor.

Apare deci in timp necesitatea reinstalarii jocului minim functional asa numita "scoatere a jocului". Se asigura astfel o functionare mai linistita, precizie cinematica si rapiditate la instalarea la cota.

Dar scoaterea jocului este insotita de marimea intensitatii uzurii 120x si a frecarilor.

Pentru a reduce uzura si frecarile se recurge la scoaterea jocului numai la cursele sau fazele la care este necesara pentru precizie eliberand surubul in restul fazelor, la mers in gol, cand viteza trebuie sa fie mare. Aceasta inseamna o scoatere automatizata a jocului, deci constructie complexa si costuri suplimentare.

Scoaterea jocului manuala si periodica sau automata impune constructia piulitei din doua parti: partea de baza si cea reglabila.

Partea reglabila este actionata in diverse moduri astfel incat la scoaterea jocului sa execute deplasari mici axiale, asigurand contactul pe flancuri opuse ale spirei filetului.

Este foarte important ca prin aceasta sa nu se ajunga la blocarea piulitei pe surub ceea ce poate avea la forte de scoatere a jocului prea mari. La reglarea manuala (fig. 116) aceasta impune calificare ridicata. Partea de reglare se deblocheaza intai din corp cu ajutorul stiftului, apoi se deplaseaza axial (0,05÷0,08mm) actionandu-se piulita de reglaj dupa care se reblocheaza cu stiftul. Rotirea partii de baza este impiedicata de pana.

Contactul dintre flancuri are loc invers ca la fig. 115

c2) S-P cu alunecare si frecare lichida

Se realizeaza cu sustentatie hidrostatica, deci un strat de ulei sub presiune, intre flancuri, care elimina contactul dintre materialul surubului si cel al piulitei.

Fiind numai frecare lichida nu mai exista uzura, deci nu trebuiesc scoase jocuri, nu sunt necesare materiale deosebite nici tratamente termice pretentioase dar are precizie geometrica ridicata.

Apare insa instalatia de alimentare hidrostatica care complica constructia.

Randamentul numai la S-P este ridicat, pe ansamblu insa puterea necesara instalatiei hidrostatice (0,1-0,2 W) scade randamentul total, de aceea S-P cu sustentatie are utilizare la masini mari.

c3) S-P cu frecare de rostogolire

Permit realizarea de precizii mari, cu viteze foarte mici fara pericol de sacadare, au un randament ridicat si pot fi cu sau fara autofranare insa necesita materiale, tratamente termice, prelucrari si conditii de precizie analoage rulmentilor, fiind deci scumpe.

Ele permit nu numai o scoatere a jocului ci si o anumita pretensionare ceea ce constituie un avantaj.

Sunt utilizate in special la MU cu comenzi numerice si precizii ridicate.

Pretensionarea se obtine prin microdeplasari axiale 1-4 microni.

3.3. Suruburi conducatoare cu elemente intermediare.

Suruburile conducatoare cu elemente intermediare pot fi cu bile sau cu role.

Suruburile conducatoare cu biela inlocuiesc frecarea de alunecare, din surubul clasic, prin frecare de rostogolire, ceea ce micsoreaza uzura si imbunatateste randamentul mecanismului. Intre surubul 1 si piulita sa 2 din fig 5.1, exista un numar de bile 3, grupate pe unu sau mai multe circuite separate pe o lungime axiala de 5 pasi.. Recircularea bilelor se realizeaza printr-o teava incorporata in piulita prin care bila revine la pozitia initiala dupa ce dupa ce au strabatut lungimea piulitei.

Fig. 5.1

Robustetea piulitei permite sa se cupleze surubul direct la un motor electric dar fiabilitatea sa creste substantial daca turatia surubului nu depaseste 1 000 rot/min, iar frecventa de inversare a sensului de rotatie nu este prea ridicata.

Principalele dimensiuni (fig 5.2), ca si ca si sarcina nominala - statica si dinamica - cu care poate fi incarcata surubul , rezulta din tabelul 5.1.

TABEL 5.1

Fig. 5.2

Frecvent utilizate in constructia masinilor - unelte cu comanda numerica sunt suruburile conducatoare cu bile (fig 5.4) la care reducerea bilelor se face printr-un canal de sectiune circulara,paralel axei surubului, practicat la periferie piulitei si prin pana paralela cu care piulita se fixeaza pe batiu.

Rigiditatea si randamentul acestora sunt deosebit de bune, ceea ce permite adaptrarea lor la motoare pas cu pas, motoare de curent continuu, ca si la motoare hidraulice roative.

Turatia surubului poate atinge valoarea de 1200 rot/min, ceea ce este mai mult decat necesar in actionare lanturilor cinematice de avans.

Fig. 5.3

Fig. 5.4

Suruburi cu role (fig 5.7), mai recente decat suruburile conducatoare cu bile, au ca principal avantaj contactul liniar dintre surub, piulita si elementele intermediare fata de contactul punctiform dintre surub , piulita si bile. Din aceasta cauza capacitatea de incarcare si durabilitatea sunt mult mai mari si, de asemenea, turatia pana la care ele pot fi folosite, atinge 3 000 rot/min.

Toate aceste avantaje le recomanda pentru a fi folosite in special la masininile-unelte grele.

Fig. 5.7

Constructiv se deosebesc suruburi conducatoare : - cu role filetate

cu role prevazute cu canal   

circulare

La suruburile conducator cu role filetate (fig 5.8) lipseste sistemul de recirculare. Rolele satelit 3 sunt prevazute la cele doua capete cu fusurile cilindrice 4 si zonele danturate 8. Fusurile cilindrice 4 patrunde in alezajele cilindrice din inelele 5, constituind in acest fel lagare de alunecare, ce permit rotirea rolelor satelit fata de piulita in timp ce pozitia axiala a rolelor ramane neschimbata, paralel axei surubului conducator. Zonele danturate 8 angreneaza cu dantura interioara a inelelor 9.

Fig. 5.8

Piulita este perfect simetrica, ceea ce simetrizeaza ai distributia eforturilor pe care ea le suporta.

La suruburile conducatoare cu role cu canale circulare (fig 5.9), perpendiculare pe axa surubului 1, rolele 3 se deplaseaza axial in raport cu piulita 2, cea ce face necesara prezenta unui sistem de recirculare pentru a readuce rolele in pozitia initiala.

Fig. 5.9