Masini Unelte Si Prelucrari Prin Aschiere

1

Introducere Istoria omenirii este strâns legată de dezvoltarea mijloacelor de producţie. Pentru a-şi procura cele necesare traiului, omul preistoric a folosit o serie de obiecte din natură pe care le-a utilizat ca arme şi unelte. Treptat el a trecut la confecţionarea acestora, astfel ca ele să corespundă mai bine scopului urmărit. Materialele din care erau realizate acestea au dat nume principalelor epoci ale istoriei: epoca pietrei, a bronzului, a fierului, aceasta din urmă continuând şi în zilele noastre şi diversificându-se prin utilizarea pe scară largă a aluminiului, a materialelor plastice, ceramice, compozite, etc. Concepute şi realizate empiric şi acţionate manual sau cu forţa animalelor, uneltele primitive asigurau performanţe reduse. Apariţia şi dezvoltarea societăţii omeneşti a determinat creşterea şi diversificarea continuă a necesarului de bunuri materiale. Pentru a face faţă nevoilor mereu crescute, omul a fost nevoit să perfecţioneze continuu uneltele de producţie, pentru a realiza performanţe din ce în ce mai ridicate privind precizia, productivitatea şi costul prelucrărilor. Dezvoltarea acestora a fost posibilă datorită progreselor realizate în domeniul materialelor, al tehnologiilor de fabricaţie, al sistemelor de acţionare şi al automatizării, ajungându-se în zilele noastre la o gamă foarte largă de maşini-unelte. Ca urmare a progreselor realizate în diferitele domenii ale ştiinţei, în ultimele decenii a fost posibilă realizarea celei mai moderne unelte create de om până acum – calculatorul electronic numeric – care a deschis o nouă epocă în istoria omenirii – epoca informaţională. Efectele benefice ale implicării ştiinţei în producţie au făcut ca aceasta să devină principala forţă de producţie, având ca efect realizarea sistemelor de producţie moderne. Sistemele care reunesc maşini-unelte, sisteme de deservire şi calculatoare electronice reprezintă cele mai perfecţionate sisteme de producţie realizate de om până acum – sistemele CIM (Computer Integrated Manufacturing) – care realizează procesarea automată atât a materiei cât şi a informaţiei. Privind dezvoltarea maşinilor-unelte, primele realizări consemnate de istorie apar în secolele XV – XVI, în perioada renaşterii europene, prin lucrările lui Leonardo da Vinci care a conceput şi realizat strunguri, maşini de găurit, fierăstraie, maşini de rectificat şi maşini automate de ascuţit ace. În secolul al XVIII-lea inventarea maşinii cu abur de către James Watt marchează începutul revoluţiei industriale şi dă un puternic impuls dezvoltării maşinilor-unelte, prin conceperea şi realizarea primei maşini de alezat cilindrii, în 1765, de către Smeaton, maşină perfecţionată ulterior în 1775 de către John Wilkinson.

2 Primele strunguri în accepţiunea modernă, adică având cărucior şi şurub conducător, au fost realizate la 1797, tot în Anglia de către Maudsley. Între 1800 şi 1900 apar şi se diversifică aproape toate tipurile de ,maşini-unelte cunoscute şi astăzi, şi anume: ,maşinile de rabotat şi mortezat, de frezat, de rectificat, strungurile carusel, revolver şi automate, etc. Perfecţionarea lor se realizează prin utilizarea unor materiale noi, a unor mecanisme mai performante, prin introducerea acţionării electrice individuale şi a automatizării, obţinându-se o creştere substanţială a preciziei de prelucrare şi a productivităţii. O contribuţie importantă au avut-o cercetările privind procesul de aşchiere, concretizate în lucrările teoretice ale lui Time şi Taylor apărute în 1870, precum şi dezvoltarea mijloacelor de măsurare a dimensiunilor, prin începerea în 1850 a fabricaţiei industriale a şublerelor (precizie 0,1 mm), în 1867 a micrometrelor (precizie 0,01 mm), iar în 1907 a minimetrelor (precizie 0,001 mm). Ca materiale pentru fabricarea sculelor în această perioadă s-au utilizat oţelurile carbon pentru scule, care nu au permis realizarea unor viteze mari de aşchiere, limitând productivitatea. După 1900 apar maşinile de broşat, cele de copiat electrice şi hidraulice, maşinile de danturat, şi continuă diversificarea şi perfecţionarea celorlalte tipuri, prin lărgirea gamei dispozitivelor accesorii şi introducerea acţionărilor hidraulice şi pneumatice. Apariţia unor noi materiale pentru fabricarea sculelor aşchietoare ca oţelurile rapide (1900), carburile metalice (1940), materialele mineralo-ceramice (1950) şi a diamantelor artificiale (1970), a permis creşterea continuă a vitezei de aşchiere, deci a productivităţii şi a impus perfecţionări corespunzătoare privind cinematica şi dinamica maşinilor-unelte. Cea mai importantă revoluţie în domeniul maşinilor-unelte a început în deceniul al şaselea prin apariţia maşinilor-unelte cu comandă numerică când, ca urmare a schimbării cerinţelor pieţei, care pretindea o diversitate tot mai mare de produse şi o înlocuire tot mai rapidă a lor cu altele noi, cu caracteristici superioare, se modifică şi concepţia asupra fabricaţiei prin trecerea de la sistemele “rigide” (caracteristice fabricaţiei îndelungate şi în serie mare a aceluiaşi produs) la sistemele “flexibile”, capabile să permită trecerea rapidă la fabricarea unui nou produs sau a mai multor produse în paralel pe acelaşi sistem de producţie, cu productivitate ridicată şi costuri tot mai mici. Maşinile cu comandă numerică, apărute în anii ’60, au reprezentat primul pas spre realizarea în anii ’70 a centrelor de prelucrare iar apoi a sistemelor flexibile de fabricaţie (celule flexibile – 1975, linii flexibile1980) având în vârful ierarhiei sistemele CIM (1985).

3

1. Generalităţi privind conceperea şi realizarea produselor Orice produs complex se compune din mai multe subansambluri (sau module) care la rândul lor sunt alcătuite din mai multe piese componente (sau repere), fiecare dintre aceste elemente îndeplinind o funcţie bine precizată şi având cerinţe specifice. Conceperea ansamblului cât şi a elementelor componente este realizată de inginerul proiectant, în domeniul de specialitate respectiv (autovehicule, maşini – agricole, maşini – unelte, aviaţie, etc.), care elaborează un proiect tehnic având la bază o documentaţie tehnică alcătuită din desenul de ansamblu, desenele subansamblurilor componente, desenele de execuţie ale reperelor şi un memoriu justificativ. Desenele de execuţie ale reperelor conţin o serie de informaţii privind forma şi dimensiunile piesei, precizia de execuţie, rugozitatea suprafeţelor, materialele utilizate, tratamentele termice necesare, etc., stabilite de proiectant în scopul realizării cerinţelor funcţionale impuse piesei respective în cadrul ansamblului. Pentru elaborarea unui proiect realist, (care să poată fi realizat practic) inginerul proiectant trebuie să posede pe lângă cunoştinţele de specialitate şi o serie de cunoştinţe din diferite alte domenii, printre care şi cel al tehnologiilor şi utilajelor de fabricaţie. Realizarea fizică a reperelor şi apoi montarea lor în subansambluri şi ansambluri cade în sarcina inginerului tehnolog, care, în funcţie de dotarea existentă în intreprindere şi de posibilităţile de dezvoltare ale acesteia, din mulţimea variantelor tehnologice posibile o stabileşte pe cea optimă, capabilă să asigure îndeplinirea cerinţelor impuse de proiectant, precum şi o serie de alte cerinţe cum sunt productivitatea, costul prelucrărilor, etc. El elaborează în final documentaţia tehnologică, materializată prin fişa tehnologică sau planul de operaţii. De subliniat că, în tehnica modernă, atât activitatea de proiectare a produselor cât şi cea de proiectare tehnologică şi de fabricaţie se realizează în cadrul unor colective multidisciplinare, organizate pe baza principiilor de management şi cu implicarea largă a calculatoarelor, sistemele CAD (Computer Aided Design) şi CAM (Computer Aided Manufacturing) fiind subsisteme componente ale sistemelor CIM (Computer Integrated Manufacturing) În general, o piesă nu poate fi realizată la cerinţele impuse de desenul de execuţie printr-un singur procedeu tehnologic, fiind necesare o succesiune de prelucrări care presupun procedee tehnologice diferite, precum: laminarea, turnarea, forjarea, prelucrări prin aşchiere, prelucrări neconvenţionale, etc. Pentru realizarea oricărei prelucrări printr-un anumit procedeu tehnologic este necesară existenţa unui sistem tehnologic specific.

4

2. Noţiuni de bază privind prelucrările prin aşchiere 2.1. Structura şi caracteristicile sistemelor tehnologice de prelucrare prin aşchiere. Prelucrările prin aşchiere sunt cele mai utilizate în vederea realizării pieselor finite de precizie ridicată, datorită performanţelor tehnice şi economice superioare pe care le oferă. Pentru realizarea unei prelucrări prin aşchiere este necesar un sistem tehnologic de prelucrare prin aşchiere a cărui structură generală este redată în figura 2.1, în care s-au notat: SF – semifabricat, DP – dispozitiv de prindere, S – sculă aşchietoare, unealtă.

Fig.2.1

MU

–

maşină-

Semifabricatul SF este elementul de pornire la realizarea unei piese prin aşchiere. El se obţine prin procedeele tehnologice primare de prelucrare la cald şi poate fi un semifabricat de uz general, de exemplu o bară laminată (fig. 2.2, a), sau un semifabricat specific realizat prin turnare sau forjare (fig. 2.2, b). Indiferent de modul de obţinere, semifabricatul SF prezintă faţă de piesa finală P un surplus de material, adausul de prelucrare AP, care trebuie îndepărtat în cadrul prelucrării prin aşchiere. Fig.2.1

Fig.2.2

5

Semifabricatele specifice sunt mai scumpe, dar având aproximativ forma piesei, prezintă un adaus de prelucrare mai redus, determinat prin calcule specifice, astfel încât costul prelucrărilor prin aşchiere este mai mic decât în cazul semifabricatelor de uz general. Alegerea tipului de semifabricat se face pe baza unui studiu tehnicoeconomic, urmărind realizarea unui cost minim de obţinere a piesei. Astfel, dacă piesa P trebuie realizată într-un număr redus de exemplare este avantajos să se utilizeze o bară laminată, iar în cazul producţiei de serie se justifică utilizarea unor semifabricate specifice. Dispozitivele de prindere DP - asigură poziţionarea şi fixarea semifabricatului pe maşina-unealtă în raport cu scula aşchietoare şi transmite acestuia, de la maşină, mişcările (viteza v sau turaţia n) precum şi forţa F sau momentul M necesare desfăşurării prelucrării. Scula aşchietoare S – fixată pe maşina-unealtă – este elementul activ care prin deplasarea pe anumite traiectorii cu viteza w şi forţa Fa, realizează îndepărtarea adausului de prelucrare. În interacţiunea ei cu semifabricatul are loc generarea suprafeţei piesei la forma şi dimensiunile prescrise, dar apar şi reacţii negative din partea piesei care afectează scula prin fenomenele termice şi de uzură ce însoţesc procesul de aşchiere. Maşina-unealtă MU – este elementul cel mai complex şi mai important din cadrul sistemului tehnologic de prelucrare prin aşchiere, pe care se poziţionează şi fixează celelalte elemente. Prin puterea de care dispune ea asigură învingerea forţelor şi a momentelor de aşchiere, iar prin lanţuri cinematice specifice asigură cinematica necesară desfăşurării prelucrării şi generării suprafeţelor. Coordonarea tuturor acţiunilor în cadrul sistemului tehnologic este realizată de un sistem de comandă, care poate fi un operator uman, sau un sistem de comandă automată. Prelucrarea unei piese se poate realiza integral pe un singur sistem tehnologic sau pe mai multe sisteme. Totalitatea activităţilor efectuate asupra unui semifabricat în scopul realizării formei geometrice, a preciziei dimensionale şi a rugozităţii suprafeţelor unei anumite piese, reprezintă procesul tehnologic de prelucrare a piesei respective. Structura sa cuprinde: operaţii, faze, treceri, mânuiri şi mişcări. Operaţia reprezintă acea parte a procesului tehnologic care cuprinde totalitatea prelucrărilor efectuate asupra piesei pe o maşină-unealtă. Faza reprezintă acea parte a operaţiei care cuprinde totalitatea prelucrărilor efectuate asupra unei piese la o singură prindere a ei pe maşină şi cu un anumit regim de aşchiere. Trecerea este o subdiviziune a fazei în care se îndepărtează un strat de material cu o anumită adâncime de aşchiere.

6 Mânuirea reprezintă totalitatea mişcărilor executate de un operator uman sau de un robot în vederea realizării unei faze auxiliare, de deservire, cum ar fi: poziţionarea şi fixarea semifabricatului în dispozitivul de prindere, schimbarea sculei aşchietoare, schimbarea regimului de aşchiere, etc. Mişcarea reprezintă acea parte a mânuirii prin care operatorul sau robotul efectuează o acţiune simplă de deplasare a unui organ de lucru, de comandă, de poziţionare, etc., care poate fi măsurată în timp. Mânuirile şi mişcările prezintă importanţă la normarea tehnică, în vederea stabilirii timpilor parţiali şi a celui total necesar realizării unei faze, operaţii sau a unei piese. Se cunosc mai multe procedee de prelucrare prin aşchiere care se deosebesc între ele, în primul rând, prin scula aşchietoare şi prin cinematica procesului de aşchiere. Principalele procedee de prelucrare prin aşchiere sunt: strunjirea, rabotarea, frezarea, burghierea, broşarea, rectificarea, etc. Pentru fiecare procedeu de prelucrare prin aşchiere există un sistem tehnologic specific. Strunjirea este prelucrarea prin aşchiere executată cu cuţitul de strunjit, pe maşiniunelte denumite strunguri. Cinematica procesu-lui de aşchiere, pentru cazul strunjirii unei su-prafeţe cilindrice exterioare, este redată în figura 2.3. Piesa P execută o mişcare de rotaţie în jurul axei proprii cu turaţia n, care determină la vârful sculei V, viteza principală de aşchiere vz, calculată cu relaţia:

vz 

 d n  m 

, 1000  min 

(2.1)

în care d [mm] este diametrul prelucrat, iar n[rot/min] – turaţia piesei. Viteza principală de aşchiere asigură desFig.2.3 prinderea aşchiei pentru o singură rotaţie a piesei; pentru continuitatea prelucrării este necesar ca scula S să execute o mişcare secundară, sau de avans, având viteza wl. Prin combinarea celor două mişcări rezultă o traiectorie spaţială – o elice cilindrică – având pasul sl [mm/rot] denumit avans longitudinal. Între viteza de avans wl şi avansul longitudinal sl există relaţia: w l  sl  n mm / min.

Viteza de deplasare de-a lungul elicei reprezintă viteza de aşchiere va şi se obţine prin compunerea vitezelor vz şi wl. Prin poziţionarea radială a sculei, în cadrul trecerii de aşchiere se înlătură un strat de grosime t [mm] care reprezintă adâncimea de aşchiere.

Fig. 2.3

7 Strunjirea unei suprafeţe cilindrice de revoluţie este cel mai simplu exemplu de prelucrare prin strunjire. În cazul în care scula execută o mişcare de avans complexă, cu componente atât pe direcţie longitudinală cât şi pe cea transversală (perpendiculară pe axa piesei), se pot prelucra suprafeţe mai complicate precum suprafeţele conice, profilate sau chiar suprafeţe poligonale. Viteza principală de aşchiere vz, , avansul sl , şi adâncimea de aşchiere t , reprezintă parametrii regimului de aşchiere. Ei pot fi evidenţiaţi, într-o formă specifică, la orice proce-deu de prelucrare prin aşchiere, aşa cum se va proceda în continuare. Rabotarea este prelucrarea prin aşchiere realizată cu cuţitul de rabotat, pe maşinile de rabotat. Cinematica procesului de aşchiere, pentru cazul prelucrării unei suprafeţe plane, este redată în figura 2.4. Scula S execută mişcarea principală de aşchiere cu viteza vz , o mişcare rectilinie alternativă în plan orizontal realizată în două etape: o cursă de lucru, când scula se deplasează înainte realizând aşchierea şi o cursă de gol, când scula se deplasează înapoi, în poziţia iniţială. La sfârşitul cursei de întoarcere a sculei, piesa P execută mişcarea de avans transversal wt , o mişcare intermitentă (pas cu pas) sincronizată cu mişcarea principală, realizându-se astfel îndepărtarea succesivă a straturilor de material 1, 2,3… Mărimea pasului mişcării de Fig.2.4 avans reprezintă avansul transversal st [mm/c.d.] (c.d. - cursă dublă ). O prelucrare asemănătoare cu rabotarea este mortezarea la care scula S, un cutit de mortezat, se deplasează în mişcarea principală vz după o direcţie verti scula poate pă prelucrarea un (fig.2.5, prelucr Infundata)

o directie verticala sau înclinată. Fiind orientată pe direcţia mişcării, scula poate patrunde in spatii interioare restrânse ale piesei pentru prelucrarea unor suprafete imposibil de realizat prin alte procedee ( fig. 2.5, prelucrarea unei caneluri interioare într-o gaură înfundată). Observaţie. Datorită cursei de întoarcere în gol, atât rabotarea cat şi mortezarea au o productivitate mai scăzută decât prelucrările la care aşchierea este continuă.

Fig.2.5 Fig.2.4

8

Frezarea este prelucrarea prin aşchiere realizată cu o sculă de revoluţie cu mai mulţi dinţi denumită freză, pe maşinile de frezat. Cinematica procesului de aşchiere, pentru cazul prelucrării unei suprafeţe plane cu o freză cilindrică, este prezentată în fig. 2.6 . Scula S execută mişcarea principală de aşchiere, de rotaţie cu turaţia n, viteza principală de aşchiere calculându-se cu relaţia:

vz 

  Ds  n 1000

 m   min  ,  

(2.2)

în care Ds [mm] este diametrul exterior al sculei. Piesa P execută mişcarea de avans longitudinal wl, dar, Fig.2,6 din punctul de vedere al cinematicii prelucrării, se poate considera că mişcarea de avans este executată tot de sculă. Prin combinarea mişcării principale n cu cea de avans wl executată de sculă, traiectoria descrisă de vârful V al dintelui 1 este o cicloidă generată prin rostogolirea cercului de diametrul dr (rulanta R) pe baza B. Diametrul de rulare dr se poate calcula cu relaţia: dr 

wl .  n

(2.3)

Deoarece w l  v z , rezultă dr  Ds , astfel încât traiectoria generată este o cicloidă alungită (curba 1). Dintele 2 va genera la rândul său cicloida alungită 2, decalată faţă de curba 1 cu Fig. 2.6 avansul pe dinte sd [mm], ş.a.m.d. După o rotaţie completă a sculei, vârful V ajunge în V', deplasarea pe direcţia de avans fiind egală cu avansul pe rotaţie sr [mm/rot]. Notând cu zs numărul de dinţi ai sculei, se poate scrie sr  z  sd , iar între viteza de avans wl şi cele două avansuri există relaţiile:

w l  sr  n  zs  n  sd

(2.4)

Avansul pe dinte sd este parametrul tehnologic care determină uniformitatea suprafeţei prelucrate (rugozitatea). Existând o mare diversitate de scule de frezat, prin frezare se pot prelucra o mulţime de tipuri de suprafeţe simple sau complexe, cu o productivitate ridicată, frezarea fiind unul dintre cele mai răspândite procedee de prelucrare prin aşchiere.

9 Burghierea este prelucrarea prin aşchiere a unei găuri cu ajutorul burghiului, executată pe maşini-unelte de găurit, dar şi pe alte tipuri de maşini-unelte (strunguri, freze). Cinematica procesului de aşchiere este prezentată în figura 2.7.Burghiul S execută mişcarea principală de aşchiere, de rotaţie cu turaţia n. Datorită dispunerii la raze diferite a diferitelor puncte de pe tăişul principal VA, viteza principală de aşchiere variază de la zero (în punctul V) la o valoare maximă (în punctul A) dată de relaţia:

v z max 

  Ds  n  m  1000

 min  ,  

(2.5)

a cărei valoare se şi ia în considerare. Simultan cu mişcarea principală, scula S execută şi mişcarea de avans axial wa. Deplasarea axială a sculei corespunzătoare unei Fig.2.7 rotaţii reprezintă avansul axial sa [mm/rot], punctele V şi A ajungând în V' şi A'. Prin compunerea celor două mişcări, n şi wa, punctele de pe tăiş descriu elice cilindrice specifice, având pasul sa şi diametrul diferit. Deoarece scula are doi dinţi aşchietori decalaţi cu 180º, punctele celuilalt tăiş principal vor descrie elice cilindrice având acelaşi pas sa, dar deplasate axial faţă de primele cu avansul pe dinte sd  0,5  sa . Între mărimile wa, sa şi sd se pot scrie relaţiile:

 mm  w a  sa  n  zs  sd  n  ,  min 

(2.6)

în care zs reprezintă numărul de dinţi al sculei. Parametrii regimului de aşchiere la burghiere sunt aşadar: vz

max

, sd şi

adâncimea de aşchiere t  0,5  Ds . În cazul lărgirii unei găuri având diametrul iniţial Di , adâncimea de aşchiere se calculează cu relaţia: Fig. 2.7 D  Di mm  (2.7) t s 2 Broşarea este prelucrarea prin aşchiere executată pe maşinile de broşat cu o sculă specială denumită broşă. Cinematica procesului de aşchiere este prezentată în figura 2.8, cu referire la cazul prelucrării unui canal de pană. Broşa S este o sculă cu mai mulţi dinţi, grupaţi în dinţi aşchietori şi dinţi de calibrare. Dinţii aşchietori, dispuşi în zona A-B, sunt supraînălţaţi succesiv unul faţă de celălalt cu supraînălţarea a[mm], care reprezintă de fapt avansul pe dinte. Dinţii de calibrare, dispuşi în zona B-C, au supraînălţarea nulă ei având doar rolul calibrării suprafeţei prelucrate de dinţii aşchietori şi constituind totodată o rezervă pentru dinţii aşchietori, pe măsura uzării şi reascuţirii acestora.

10 Broşa este poziţionată şi ghidată în timpul lucrului de către bucşa de ghidare BG, care se introduce în gaura iniţială existentă în piesă.

Fig.2.8

Prelucrarea prin broşare se realizează prin simpla tragere a broşei cu viteza principală de aşchiere vz [m/min]. Productivitatea prelucrărilor prin broşare este foarte mare, dar costul ridicat al sculei recomandă procedeul doar pentru producţia de serie mare. Adâncimea de aşchiere t [mm] este dată de lăţimea canalului prelucrat (şi a broşei). Rectificarea este o prelucrare de finisare prin aşchiere executată cu corpuri abrazive, pe maşinile de rectificat. Cinematica prelucrării unei suprafeţe cilindrice exterioare este prezentată în figura 2.9. Scula S, un corp abraziv alcătuit din graFig. 2.8 nule abrazive legate de un liant, execută mişcarea principală de aşchiere de rotaţie cu turaţia ns, viteza principală de aşchiere vz calculându-se cu relaţia:

vz 

Fig.2.9

  Ds  ns  m 

. 1000  60  s 

(2.8)

Piesa P se roteşte cu turaţia np, care determină mişcarea de avans circular wc , ce asigură prelucrarea materialului pe circumferinţa piesei. Viteza de avans circular se determină cu relaţia:

wc 

  d p  np  m  1000

 min   

(2.9)

La prelucrarea suprafeţelor de lungime mai mare decât lăţimea B a corpului abraziv, piesa execută şi o mişcare rectilinie alternativă de avans longitudinal wl. Prin

11 compunerea celor două mişcări de avans ale piesei rezultă o traiectorie elicoidală, pasul elicei fiind avansul longitudinal sl [mm/rot]. Pentru continuitatea prelucrării este necesar ca sl  B , în general având sl  (0,2... 0,7)  B . La efectuarea unei treceri longitudinale se îndepărtează de pe piesă un strat de adâncime t. În scopul îndepărtării întregului adaus de prelucrare, la capetele cursei longitudinale wl, scula S execută o mişcare de avans radial wr [mm], pentru reglarea adâncimii de aşchiere t. Mişcarea wr este aşadar o mişcare pas cu pas (avansul radial sr) sincronizată cu mişcarea wl. Din cele prezentate mai sus rezultă că pentru fiecare procedeu de prelucrare prin aşchiere există maşini-unelte şi scule specifice, care realizează performanţe maxime privind precizia şi productivitatea prelucrării. Trebuie menţionat însă că maşinile-unelte moderne, mai ales cele universale, prin echiparea lor cu dispozitive accesorii speciale permit realizarea de prelucrări şi prin alte procedee decât cel de bază, reducând prin aceasta cheltuielile de investiţii şi costul produselor.

12

2.2. Geometria sculelor aşchietoare. Sculele utilizate la diferitele prelucrări prin aşchiere sunt de o mare diversitate, ele putând fi împărţite totuşi în două grupe: - scule simple, cu un singur dinte aşchietor, cum sunt: cuţitele de strunjit, rabotat şi mortezat; - scule complexe, având mai mulţi dinţi aşchietori, cum sunt: frezele, broşele, burghiele, etc. Deoarece elementele geometrice ale unei scule simple se regăsesc într-o formă specifică la dinţii oricărei scule complexe, pentru început este suficient să se cunoască geometria cuţitului de strunjit. 2.2.1. Geometria cuţitului de strunjit. La o sculă simplă cum este cuţitul de strunjit, chiar dacă aceasta are o construcţie monobloc, pot fi puse în evidenţă două părţi distincte privind rolul lor funcţional, şi anume (fig.2.10): I – capul sculei, care constituie partea activă a ei şi II-corpul sculei, care serveşte la fixarea ei în dispozitivul de prindere pe maşină. Partea activă a sculei este mărginită de următoarele suprafete caracteristice: F - faţa de degajare, pe care alunecă aşchia în procesul desprinderii din stratul de bază; F - faţa de aşezare principală,

acea

faţă

a

sculei

orientată

spre

materialul de prelucrat; F1 – faţa de aşezare FIG.2.10

secundară, orientată spre suprafaţa prelucrată. Din intersecţia feţei de degajare F cu faţa de

aşezare principală F , rezultă tăişul principal Tp; la intersecţia F cu F1 se formează tăişul secundar Ts, iar la intersecţia celor două tăişuri apare vârful sculei V. Elementele geometrice ale cuţitului de strung se definesc în raport cu două sisteme de referinţă, şi anume: - sistemul de referinţă constructiv, care este un sistem ataşat sculei privită izolat de procesul de aşchiere, faţă de care se definesc unghiurile constructive ce servesc la fabricarea şi reascuţirea sculei; - sistemul de referinţă funcţional, care ţine cont de poziţia de montare a sculei Fig. 2.10 pe maşină şi de cinematica procesului de aşchiere, faţă de care se definesc două grupe de unghiuri funcţionale: de poziţie (sau pasive) şi cinematice (sau active), acestea din urmă fiind determinante pentru desfăşurarea procesului de aşchiere.

13 2.2.1.1. Geometria cuţitului de strunjit în sistemul de referinţă constructiv. Sistemul de referinţă constructiv (fig.2.11) este un sistem de axe rectangulare, Oxyz, formând un triedru drept (pozitiv) în care: planul xOy reprezintă planul de bază constructiv (BC ), iar axa Oz constituie axa principală constructivă (perpendiculară în V pe planul xOy şi orientată în sus). Planul de bază constructiv este un plan paralel cu suprafaţa de bazare a corpului sculei, având axa Oy paralelă cu axa longitudinală a sculei. Anticipând, la o aşezare normală a sculei pe maşină, acest plan în timpul prelucrării este perpendicular pe viteza principală de aşchiere vz (având direcţia axei Oz). Considerând cazul general când tăişul sculei este curbiliniu, pentru indicarea unghiurilor constructive ale tăişului într-un punct oarecare, este necesar să se definească suplimentar următoarele plane: planul tăişului (T), care este un plan tangent la tăiş în punctul considerat şi perpendicular pe planul de bază constructiv (el poate fi principal sau secundar, după tăişul la care se referă); planul de măsurare constructiv (M), care este un plan binormal pe celelalte două plane şi care conţine punctul considerat de pe tăiş (el poate fi principal sau secundar, după tăişul la care se referă). În figura 2.11 se prezintă sistemul de referinţă constructiv şi unghiurile constructive ale unui cuţit de strunjit având tăişurile drepte. Celelalte notaţii au următoarele semnificaţii: ΔTp şi ΔTs – urma planului tăişului principal, respectiv secundar; ΔMp şi ΔMs – urma planului de măsurare principal, respectiv secundar; Tp – tăişul principal; Ts – tăişul secundar; r – raza la vârf.

Fig. 2.11

14 În proiecţie pe planul de bază constructiv

BC se definesc următoarele

unghiuri constructive: χ - unghiul de atac principal – unghiul dintre urma planului tăişului principal şi axa Ox; el are valori foarte diferite, de la =0 (cuţite late) până la  = 90, sau chiar mai mare; χ1 - unghiul de atac secundar – unghiul dintre urma planului tăişului secundar şi axa Ox; el are în general valori mici, de câteva grade, pentru a obţine o rugozitate a suprafeţei cât mai bună;  - unghiul la vârf – unghiul dintre urmele planelor tăişurilor. Mărimea sa prezintă importanţă privind rezistenţa cuţitului. Se constată că între cele trei unghiuri există relaţia:     1  180o . În planul de măsurare principal

Mp se măsoară unghiurile penei tăişului

principal:  - unghiul de degajare principal – unghiul dintre tangenta la faţa de degajare F dusă prin punctul considerat M şi planul de bază constructiv. Pentru a favoriza desprinderea aşchiei, el are de obicei valori pozitive între  = 10…30, deşi în cazuri excepţionale poate avea şi valori negative între  = 5…10.  - unghiul de aşezare principal – unghiul dintre tangenta la faţa de aşezare principală dusă prin punctul considerat M şi planul tăişului. El are rolul de a reduce frecările dintre faţa de aşezare principală a sculei şi suprafaţa piesei şi are întotdeauna valori pozitive, de regulă între  = 6…12.  - unghiul de ascuţire principal – unghiul dintre tangentele duse prin punctul M la faţa de aşezare principală şi la faţa de degajare. Mărimea sa prezintă importanţă privind rezistenţa penei tăişului. Între unghiurile ,  şi  există relaţia:       90o . În mod similar se definesc în planul

Ms unghiurile constructive ale penei

tăişului secundar: 1, 1 şi 1. În planul tăişului

T apare unghiul de înclinare  definit ca unghiul dintre

tangenta la tăiş în punctul considerat şi planul de bază constructiv. El poate fi pozitiv sau negativ şi prezintă importanţă privind modul de angajare a tăişului în aşchiere, precum şi la direcţionarea aşchiei în faza de degajare. Astfel, pentru  pozitiv, cel mai avansat punct al tăişului este vârful sculei V, cel mai puţin rezistent, care preia şocul ce apare la intrarea sculei în aşchiere. De aceea, la sculele pentru degroşare sau la cele armate cu plăcuţe din carburi metalice (casante!) se recomandă prevederea unor unghiuri  negative. Privind vârful sculei, acesta poate fi ascuţit sau rotunjit cu raza r. Vârful ascuţit este defavorabil, deoarece prin uzarea sa rapidă se modifică dimensiunea prelucrată pe piesă. De aceea, se recomandă ascuţirea sculei cu r = (0,5…2) [mm].

15 Unghiurile constructive ale sculei, mai ales  şi , prezintă o importanţă deosebită, deoarece, fiind unghiuri generice, le determină în mare măsură şi pe cele funcţionale. 2.2.1.2. Unghiurile funcţionale. Unghiurile funcţionale ale sculelor aşchietoare se definesc în raport cu sistemul de referinţă funcţional, care este un sistem triortogonal asociat cuplului sculă-piesă şi ataşat punctului considerat. El se compune din următoarele plane: Planul de bază funcţional – este un plan perpendicular pe direcţia vitezei de aşchiere va, şi care conţine punctul considerat de pe tăiş. Planul de aşchiere – este un plan tangent la suprafaţa instantanee de aşchiere, perpendicular pe planul de bază funcţional şi care conţine punctul considerat. El poate fi principal sau secundar, după tăişul, respectiv suprafaţa de aşchiere, la care se raportează. Planul de măsurare funcţional – este un plan care conţine punctul considerat de pe tăişul sculei şi este binormal pe celelalte două plane. Unghiurile funcţionale se definesc în mod analog cu cele constructive, dar prin raportare la sistemul de referinţă funcţional, şi anume: f – unghiul de degajare funcţional – unghiul dintre faţa de degajare a sculei şi planul de bază funcţional, măsurat în planul de măsurare funcţional. f – unghiul de aşezare funcţional – unghiul dintre faţa de aşezare a sculei şi planul de aşchiere, măsurat în planul de măsurare funcţional. Unghiurile funcţionale sunt de două tipuri: de poziţie şi cinematice. Pentru înţelegerea mai uşoară a problematicii unghiurilor funcţionale, acestea vor fi prezentate pentru un caz mai simplu şi anume acela al strunjirii transversale, analizat în două situaţii (fig.2.12): - static, ţinând cont doar de poziţia relativă sculă-piesă, fără a considera cinematica procesului de aşchiere (cu mişcările oprite!), pentru determinarea unghiurilor funcţionale de poziţie; - cinematic, în timpul desfăşurării procesului de aşchiere, pentru determinarea unghiurilor funcţionale cinematice. Unghiurile funcţionale de poziţie. Aceste unghiuri sunt determinate de poziţia relativă a sculei faţă de piesă, stabilită la prinderea acestora pe maşina-unealtă. În vederea prelucrării, scula se fixează astfel încât planul de bază constructiv să fie perpendicular pe viteza principală de aşchiere vz. În figura 2.12,a este prezentat cazul poziţionării sculei “la centru”, adică vârful

16

Fig.2.12 V al sculei se află la aceeaşi înălţime ca şi centrul O al piesei. În acest caz, pentru strunjirea transversală cu un cuţit lat având  = 0, urma planului de aşchiere A este identică cu urma planului tăişului T, ambele fiind tangente în V la cercul piesei P; urma planului de bază funcţional BF este identică cu urma planului de bază constructiv

BC, având direcţie radială, iar planul figurii este tocmai planul de măsurare funcţional

MF, identic cu cel constructiv MC. Se constată că unghiurile de poziţie sunt egale cu cele constructive (p =  şi p = ).

Fig.2.12 În figura 2.12,b este prezentat cazul poziţionării sculei cu vârful V supraînălţat cu cota h faţă de centrul O. În acest caz urmele planelor sistemului de referinţă funcţional nu mai coincid cu cele ale planelor sistemului constructiv, ele fiind rotite cu unghiul , care se poate calcula cu relaţia: h , (2.10) R R fiind raza piesei. Prin urmare, unghiurile de poziţie diferă de cele constructive, între

  arcsin

ele existând relaţiile:

 p    ,

p    

(2.11)

În cazul subînălţării sculei, unghiul  afectează în mod invers unghiurile de poziţie, care se calculează cu relaţiile:

 p    ,

p    

(2.12)

Unghiurile funcţionale cinematice. Aceste unghiuri apar în timpul desfăşurării procesului de aşchiere şi sunt determinate de cinematica prelucrării. În figura 2.13 sunt prezentate unghiurile funcţionale care apar la o strunjire transversală cu un cuţit lat având  = 0,reglat la centru. Piesa P execută mişcarea principală n, iar scula S se deplasează radial în mişcarea de avans wt. Prin compunerea

17 celor două mişcări, vârful sculei V descrie în materialul piesei o traiectorie tip spirală arhimedrică, după o rotaţie ajungând în punctul V’. Segmentul

VV '

este pasul

spiralei, egal cu avansul transversal st. Planul de aşchiere, tangent la suprafaţa instantanee de aşchiere, are urma A tangentă la spirala arhimedrică şi diferită de urma planului tăişului T. Între cele două urme există un unghi , care este tocmai unghiul de rotire al sistemului de referinţă

Fig,2.13

funcţional faţă de cel constructiv. El poate fi calculat din triunghiul dreptunghic VV 1V’, a cărui ipotenuză reprezintă desfăşurata spiralei, cu relaţia:   arctg

st ,  D

(2.13)

unde D este diametrul iniţial de prelucrare. Notând cu F şi F unghiurile funcţionale, acestea se pot exprima în funcţie de cele constructive şi , prin relaţiile:

 F    ,

F    

(2.14)

De remarcat că în timpul prelucrării st = ct., dar D0, deci 90, astfel încât, după un anumit drum parcurs de sculă, deoarece    , va rezulta F  0, apărând frecări tot mai intense între faţa de aşezare a sculei şi suprafaţa de prelucrat. Acest fenomen negativ apare şi la alte prelucrări, de exemplu la burghiere, şi nu poate fi eliminat în totalitate. Fig.2.13 Prin suprapunere de efecte, ţinând cont atât de influenţa poziţiei sculei, cât şi de cea a cinematicii procesului, considerând relaţiile (2.11), (2.12) şi (2.14), unghiurile funcţionale se pot calcula cu relaţiile generale:

 F       , F       ,

(2.15)

în care semnele de sus corespund unei scule supraînălţate, iar cele de jos la o sculă subînălţată.

2.3. Materiale pentru fabricarea sculelor aşchietoare. În procesul de aşchiere, sculele aşchietoare sunt supuse la solicitări mecanice şi termice mari, din care cauză partea activă a sculelor trebuie confecţionată din materiale care să îndeplinească următoarele cerinţe:

18 - duritate mare, mai mare decât a materialului de prelucrat; - rezistenţă mare la uzură: - stabilitate la temperaturi ridicate; - tenacitate; - rezistenţă la încovoiere ţi torsiune. În prezent, se utilizează mai multe tipuri de materiale cu proprietăţi specifice, nici unul însă nu posedă toate proprietăţile cerute mai sus. Oţelurile carbon de scule sunt aliaje fier-carbon cu un conţinut de carbon de 0,6…1,4[%]. Prin călire în apă, după o încălzire la 750-800 [ ºC], se obţin durităţi de (62…65) HRC, care le asigură o rezistenţă ridicată la uzură. Cu creşterea conţinutului de carbon, creşte duritatea dar scade tenacitatea. Au o stabilitate termică redusă, până la 200…250 [ ºC], corespunzând unor viteze de aşchiere mici, de 2…10[m/min]. Se folosesc la confecţionarea sculelor manuale, la burghie de diametre mici, filiere, pânze de fierăstrău, etc. Oţelurile aliate pentru scule conţin ca elemente de aliere wolfram, crom, vanadiu, molibden, nichel, mangan, etc., după conţinutul elementelor de aliere putând fi slab sau înalt aliate (rapide). Prin călire ating durităţi de 63…65 HRC, având şi o tenacitate ridicată. Oţelurile slab aliate rezistă până la 300…350 [ ºC], permiţând viteze de aşchiere de 10…20[m/min], iar cele rapide până la 650 [ ºC] şi viteze de 20…50[m/min]. Au o călibilitate bună, fără deformări şi fisurări, ceea ce le recomandă la fabricarea sculelor masive precum frezele, sculele de danturat, de broşat, etc. Fiind scumpe, se recomandă, atunci când este posibil, să se utilizeze numai pentru partea activă a sculei, restul confecţionându-se dintr-un oţel carbon de construcţie. Aliajele dure conţin cantităţi mari de cobalt (33…55 [%]), crom (20…25 [%]) şi wolfram (9…17 [%]). Se toarnă în bare şi se aplică pe suprafeţele active ale sculei prin arc electric sau cu flacără oxiacetilenică, fiind utilizate mai ales la recondiţionarea sculelor. Au o duritate ridicată 60…65 HRC şi sunt stabile termic până la 750…800 [ ºC]. Cu creşterea conţinutului de cobalt creşte tenacitatea dar scade duritatea, iar cu creşterea conţinutului de wolfram creşte duritatea şi scade tenacitatea. Aliajele dure sinterizate (sau carburile metalice) sunt compuse din carburi greu fuzibile de wolfram şi de titan, legate prin sinterizare cu ajutorul unui liant, de obicei cobaltul. Se confecţionează sub formă de pastile de diferite forme, care se aplică pe partea activă a sculei prin lipire sau prin prindere mecanică. Au o duritate mare şi o tenacitate redusă, avand stabilitate termica ridicata, până la 900…1000 [ º C], şi admiţând viteze mari de 70…200 [m/min]. După destinaţie, se împart în trei grupe: grupa P, utilizate la prelucrarea materialelor cu plasticitate ridicată, care dau aşchii de curgere; grupa M (multiscop),având o gamă largă de utilizări; grupa K, utilizate la prelucrarea materialelor casante, care dau aşchii de fragmentare sau de rupere.

19 Materialele mineralo-ceramice se realizează prin sinterizare sub formă de plăcuţe şi au la bază oxid de aluminiu (Al2O3) pur (culoare roz), sau Al2O3 în amestec cu molibden sau titan (culoare cenuşie), sau Al2O3 în amestec cu carburi de wolfram, titan sau molibden(culoare neagră). Au duritate şi rezistenţă la uzură foarte ridicată, sunt stabile termic până la temperaturi de 1100…1300 [ ºC] şi admit viteze mari de aşchiere, până la 1000…2000 [m/min], dar sunt foarte casante. Se utilizează la prelucrări de finisare, mai ales la materiale neferoase. Diamantul natural sau sintetic are duritatea maximă şi o rezistenţă la uzură superioară tuturor celorlalte materiale pentru scule. Este stabil până la temperaturi de 1800 [ ºC], permiţând, la prelucrarea materialelor neferoase, viteze până la 4500 [m/min], dar este foarte fragil, motiv pentru care se practică o geometrie cu unghiuri negative. Se utilizează sub formă de monocristal aplicat pe sculă prin lipire, sub formă de plăcuţe din policristale sinterizate cu cobalt şi sub formă de pulberi la fabricarea sculelor abrazive. Se foloseşte la prelucrări de finisare şi superfinisare, mai ales la prelucrarea materialelor neferoase, cu avansuri foarte mici, până la 0,01 [mm/rot], asigurând precizii şi rugozităţi comparabile cu rectificarea. Sculele abrazive vor fi tratate separat, cu ocazia prezentării maşinilor de rectificat şi de superfinisat.

2.4. Influenţa geometriei sculei şi a regimului de aşchiere asupra rugozităţii, suprafeţei prelucrate. În procesul de aşchiere, datorită mişcării de avans a sculei, aceasta ajunge după fiecare rotaţie pe aceeaşi generatoare a piesei într-o poziţie deplasată axial cu mărimea avansului longitudinal sl (fig. 2.14, a). Datorită imprimării formei vârfului cuţitului şi a tăişului secundar pe piesă, suprafaţa prelucrată rezultă cu asperităţi care determină rugozitatea. Pentru un cuţit cu vârful ascuţit înălţimea asperităţilor h poate fi calculată pornind de la schema din figura 2.14,b. Din ΔVBA’ şi ΔVBA, se obţin: BA'  h  ctg ; BA  h  ctg1 , iar cum BA'  BA  sl , rezultă relaţia:

h

sl ctg  ctg1

(2.16)

Înălţimea asperităţilor depinde, prin urmare, de mărimea avansului şi de unghiurile de atac ale sculei.

20 Pentru un cuţit cu vârful rotunjit cu o rază r  0,5  sl , este valabilă schema din figura 2.14,c, în care h  OV  OB . Cum OV  r , iar OB poate fi calculat din ΔOBA, aplicând teorema lui Pitagora, rezultă: sl2 , hr r  4 2

(2.17)

din care, după transformare, aproximând h2 = 0, se obţine:

sl2 . 8r În acest caz influenţa avansului este şi mai mare. h

(2.18)

Fig.2.14 Deoarece rugozitatea finală rezultă în urma fazei de prelucrare de finisare, pentru obţinerea unor rugozităţi reduse la aceste prelucrari trebuie să se utilizeze avansuri mici şi scule cu rază la varf cât mai mare.

2.5. Secţiunea transversală de aşchiere. Prin secţiunea transversală de aşchiere se înţelege suprafaţa din materialul de prelucrat asupra căreia scula acţionează la un moment dat în vederea realizării procesului de aşchiere. În figura 2.15 este prezentată secţiunea transversală de aşchiere la strunjirea unei suprafeţe cilindrice, utilizând un cuţit cu vârful ascuţit. Ea corespunde Fig. 2.14 suprafeţei paralelo-gramului VV’A’A şi este caracterizată prin mărimile: a – grosimea de aşchiere şi b – lăţimea de aşchiere, care pot fi calculate în funcţie de unghiul de atac  şi de parametrii regimului de aşchiere t şi sl, cu relaţiile:

a  sl  sin  ; b 

t . sin 

(2.19)

21 Aria nominală qn a secţiunii de aşchiere este aria paralelogramului V V’A’A şi se calculează cu relaţiile:

qn  a  b  sl  t [mm2 ]

Fig.2.15

(2.20)

Datorită influenţei tăişului secundar al sculei, aria reală qr corespunde patrulaterului BV’A’A, fiind deci mai mică decât aria nominală qn. De menţionat că forma secţiunii de aşchiere depinde de forma părţii active a sculei aşchietoare şi de cinematica procesului de aşchiere, putându-se obţine şi forme curbilinii sau combinate. Tasarea aşchiei. Ca urmare a deformaţiilor plastice ce apar în timpul formării aşchiei, aria secţiunii

transversale a aşchiei obţinute este mai mare decât aria reală a secţiunii de aşchiere, iar lungimea aşchiei este mai mică decât lungimea drumului parcurs de sculă pentru formarea ei. Acesta este fenomenul de tasare a aşchiei, care se apreciază cantitativ prin coeficienţii de tasare a aşchiei definiţi astfel: a' b' l' (2.21)  1,5... 4 ; K b   1... 1,2 ; K l   1,5... 4, a b l unde l este lungimea drumului parcurs de sculă, iar a’, b’ şi l’ sunt caracteristicile Ka 

geometrice ale aşchiei. Deoarece în. procesul formării aşchiei volumul de material aşchiat se conservă, adicăFig. a  2.15 b  l  a'b'l ' , rezultă: l a'b' , sau Kl  Ka  Kb  Ka (2.22)  l' a  b adică aşchia se îngroaşă proporţional cu scurtarea. Cunoaşterea secţiunii transversale de aşchiere şi a fenomenului de tasare a aşchiei prezintă importanţă privind forţele şi lucrul mecanic de aşchiere.

2.6. Noţiuni despre formarea aşchiei. Procesul formării aşchiei este un proces complex, determinat de acţiunea mecanică a sculei aşchietoare asupra materialului de prelucrat, în care au loc fenomene de deformare elastică şi plastică, fenomene de frecare, termice, de uzură etc. Datorită complexităţii sale, studiile teoretice au fost completate de cele experimentale, rezultatele cercetărilor fiind prezentate succint, din punct de vedere calitativ, în cele ce urmează.

22 Mecanismul formării aşchiei este diferit la materialele tenace (care au o capacitate mare de deformare plastică) faţă de cele casante. Pentru materiale tenace, categorie care cuprinde cele mai utilizate materiale precum oţelurile, cuprul, aliajele de aluminiu, etc., formarea aşchiei are loc după mecanismul prezentat în figura 2.16. Considerând poziţia iniţială a sculei cu vârful în punctul V, prin deplasarea acesteia cu viteza vz , materialul din vecinătatea punctului V suferă mai întâi deformaţii elastice, iar apoi, prin depăşirea limitei de curgere, apar deformaţii plastice care devin tot mai intense şi se extind treptat în masa materialului din faţa sculei, determinându-l să alunece în direcţia planului de alunecare V’A”, înclinat faţă de direcţia de deplasare a sculei cu unghiul de alunecare a. Treptat, materialul din zona VV’A’A ia forma V’A’A”V”. Simultan cu deformarea plastică a materialului apare fenomenul de ecruisare, care se manifestă prin creşterea efortului de deformare, astfel încât, la un moment dat, acesta depăşeşte valoarea efortului limită de forfecare şi începe ruperea elementului de aşchie V’A’A”V” de stratul de bază după planul de forfecare V’A’, înclinat cu unghiul de forfecare . Cele două plane, de alunecare şi de forfecare, pot fi observate experimental prin cercetări metalografice. Prin continuarea deplasării sculei, începe formarea unui nou element de aşchie, ş.a.m.d., fenomenul repetându-se periodic. În timpul formării şi desprinderii elementului de aşchie apar Fig,2.16 deplasării de material de-a lungul feţei de degajare a sculei, care determină apariţia unor forţe de frecare exterioare, şi de-a lungul planului de forfecare, care determină frecări interioare. Forţele de frecare determină, la rândul lor, fenomene termice de încălzire şi dilatare a elementelor participante la proces, precum şi fenomenul de uzură a sculei aşchietoare. Intensitatea deformaţiilor plastice şi gradul de ecruisare al materialului în procesul formării aşchiei depind de următorii factori: proprietăţile fizico-mecanice ale materialului de prelucrat, mai ales plasticitatea acestuia; regimul de aşchiere, în principal viteza vz; geometria Fig. 2.16 sculei aşchietoare, în principal unghiul ; materialul sculei şi condiţiile de răcire-ungere. În funcţie de aceştia, în procesul aşchierii materialul poate atinge diferite grade de ecruisare, putând să rezulte trei tipuri de aşchii: de curgere, de forfecare şi de fragmentare. Aşchiile de curgere (fig.2.17,a) au forma unor benzi continue curbate, având suprafaţa exterioară lucioasă, datorită frecării pe faţa de degajare a sculei, iar

23 suprafaţa interioară cu zimţi mici neregulaţi. Ele se produc la prelucrarea materialelor cu plasticitate ridicată, fiind favorizate de viteze mari de aşchiere, avansuri mici, unghiuri de degajare mari şi frecări reduse, condiţii care nu conduc la ecruisarea totală a materialului, producându-se doar alunecări după planul de alunecare.

Fig,2.17 Aşchiile de forfecare (fig.2.17,b) au forma unei benzi continue curbate, cu suprafaţa exterioară lucioasă iar cea interioară zimţată uniform, cu zimţi mari care corespund elementelor de aşchie ce rămân sudate între ele. Aceste aşchii apar la prelucrarea materialelor cu plasticitate medie, la viteze de aşchiere mai mici decât la aşchiile de curgere, la avansuri mai mari şi unghiuri de degajare mai mici, atunci când forfecarea nu este totală. Aşchiile de fragmentare (fig.2.17, c) se prezintă sub forma unor fragmente de aşchie constituite prin gruparea unui număr variabil de elemente de aşchie. Ele apar la prelucrarea materialelor mai puţin tenace sau la viteze mici de aşchiere, avansuri Fig. 2.17 mari şi unghiuri de degajare mici sau negative, când forfecarea este totală. De remarcat că tipul aşchiei obţinute depinde de ansamblul factorilor amintiţi, prin suprapunere de efecte, pentru acelaşi material putând să se obţină aşchii diferite, în funcţie de ponderea celorlalţi factori. În figura 2.17,d sunt prezentate aşchiile de rupere, care apar la prelucrarea materialelor casante (fonte, bronzuri,etc.). La aceste materiale mecanismul de formare a aşchiei diferă de cel de la materialele tenace, deoarece ele nu suportă deformaţii plastice. Prin acţiunea vârfului sculei asupra materialului de prelucrat apare o microfisură pe traseul VV’, care se propagă apoi rapid şi aleator în adâncime pe traseul V’A, rezultând o particulă de formă oarecare. Dintre tipurile de aşchii prezentate mai sus, aşchia de curgere nu este de dorit datorită dezavantajelor pe care le prezintă:

24 - datorită formei de bandă de lungime mare, se poate înfăşura pe piesă, sculă, sau pe organele de lucru ale maşinii, incomodând sau chiar împiedicând desfăşurarea prelucrării; - împiedică folosirea aparatelor de control automat; - constituie o sursă de pericol de accidentare a operatorului uman; - având o densitate redusă ocupă un volum mare, necesitând oprirea frecventă a maşinii în vederea evacuării ei; - necesită dotarea secţiilor de producţie cu instalaţii de brichetare a ei în vederea reciclării, sporind astfel costurile. Aceste inconveniente pot fi înlăturate prin evitarea apariţiei aşchiei de curgere, acţionând pe următoarele căi: - modificarea compoziţiei chimice a materialului de prelucrat, prin introducerea unor adausuri de sulf şi fosfor (la elaborarea unor oţeluri destinate prelucrărilor pe automate); - aplicarea unor tratamente termice; - modificarea regimului de aşchiere, metodă nerecomandată deoarece afectează productivitatea (prin reducerea vitezei de aşchiere va) sau rugozitatea (prin mărirea avansului s); - adoptarea unei geometrii speciale a sculei aşchietoare care să determine o deformare suplimentară a aşchiei ( - negative) sau să conducă la înfăşurarea ei sub formă de şpan elicoidal ( - pozitive); - folosirea fragmentatorilor de aşchie. Fragmentatorii de aşchii pot fi de trei feluri: ficşi, reglabili şi dinamici. Fragmentatorii ficşi constau în practicarea unor trepte (fig.2.18,a) sau canale (fig.2.18,b), având anumite dimensiuni, pe faţa de degajare a sculei, care, producând o încovoiere suplimentară a aşchiei determină ruperea ei. Ei măresc cheltuielile de exploatare ale sculei şi au o eficienţă limitată, la un anumit regim de aşchiere, mărind totodată lucrul mecanic de aşchiere.

Fig.2.18

25 Fragmentatorii reglabili (fig.2.18,c) constau în utilizarea unor praguri reglabile PR, care elimină unele dezavantaje ale fragmentatorilor ficşi. La aşchierea unor materiale cu plasticitate ridicată, la anumite regimuri de aşchiere, poate să apară fenomenul de depunere pe tăiş (fig. 2.19), determinat de aderenţa materialelui de prelucrat la suprafaţa de degajare a sculei. Când depunerile depăşesc anumite dimensiuni, apar rupturi după direcţiile 1-1 şi 2-2, fenomenul având un caracter periodic cu o frecvenţă de 5…50Hz. Depunerile pe tăiş se consideră avantajoase când apar la prelucrările de degroşare, realizând o anumită protejare a sculei, dar sunt dezavantajoase la finisare deoarece particolele rezultate din ruperea lor, aderând la suprafaţa prelucrată, măresc rugozitatea şi modifică cota de reglare. Fenomenul apare la viteze de aşchiere între 4…40 [m/min], pentru viteze mai mari, prin creşterea temperaturii peste 600 [C], materialul se plastifiază şi este înlăturat continuu pe măsură ce se depune.

Fig.2.19

2.7. Mecanica procesului de aşchiere. Cunoaşterea forţelor, a lucrului mecanic şi a puterii de aşchiere prezintă o importanţă deosebită privind alegerea maşinii-unelte, alegerea sau dimensionarea sculelor aşchietoare şi a dispozitivelor de lucru, precum şi la realizarea preciziei de prelucrare, determinată de rigiditatea sistemului tehnologic de prelucrare. 2.7.1. Forţele de aşchiere. Fig. 2.19 Pentru realizarea procesului de aşchiere scula aşchietoare trebuie acţionată cu o forţă exterioară mai mare decât cea interioară necesară învingerii rezistenţei materialului de prelucrat. Aşadar, pentru a putea calcula foţele exterioare este necesar să se determine mai întâi forţele interioare de aşchiere. Forţele interioare apar ca urmare a eforturilor dezvoltate în material la solicitările la care acesta este supus şi datorită forţelor de frecare interioare (fig.2.20). În timpul desfăşurării procesului de aşchiere, materialul de prelucrat este supus la solicitări de compresiune şi de forfecare. Considerând o suprafaţă elementară dA din planul de forfecare, asupra ei se manifestă efortul de compresiune σ c şi cel de forfecare , care, integrate la nivelul ariei A a planului de forfecare, determină forţa rezistentă de compresiune Rc    A şi rezistenţa de forfecare RF    A . c

26 Datorită alunecărilor, în planul de forfecare apare o forţă de frecare interioară Ffi , proporţională cu Rc şi cu coeficientul de frecare interioară I:

Ffi  μi  Rc  μi  σc  A .

(2.23)

Cele trei forţe dau prin compunere rezistenţa interioară Ri  Rc  RF  Ffi , care, transpusă pe faţa de degajare a sculei în centrul de presiune C,

poate fi descompusă

într-o componentă normală la suprafaţă Rn şi una tangenţială Rt, deci:

Ri  Rn'   Rt'

(2.24)

Datorită alunecării aşchiei pe faţa de degajare, componenta normală Rn determină o forţă de frecare exterioară pe faţa de degajare, Ff, proporţională cu coeficientul de frecare exterioară e, Ff  e  Rn , care compusă cu Ri determină forţa rezultantă pe faţa de degajare:

R  Ri  Ff .

(2.25)

În acelaşi timp, pe faţa de aşezare a sculei, în centrul de presiune

C,

datorită

deformaţii-lor elastice ale materialului, apa-re o forţă de compresiune Rn, care,datorită deplasării sculei,determină forţa de frecare exterioară pe faţa de aşezare

Ff  e  Rn ; Ff , prin compuneFig.2.20 re cu Rn determină forţa rezultantă pe faţa de aşezare:

R  Rn  Ff .

(2.26)

Prin urmare, rezistenţa totală de aşchiere R, opusă sculei aşchietoare se calculează cu relaţia:

R  R  R  Ri  Rn  Ff  Ff .

(2.27)

Această forţă trebuie învinsă de forţa exterioară aplicată sculei din partea maşiniiunelte. În practică, nu interesează direct rezistenţa totală de aşchiere R, ci componentele sale după direcţii specifice fiecărui procedeu de prelucrare în parte, acestea reprezentând forţele exterioare de aşchiere. Fig.2.20 Pentru strunjirea longitudinală, rezultanta R se descompune după trei direcţii perpendiculare între ele, rezultând următoarele forţe exterioare (fig. 2.21):

27 - forţa principală de aşchiere, Fz, orientată pe direcţia mişcării principale ; - forţa axială, sau de avans, Fx, orientată pe direcţia axei piesei; - forţa radială, sau de respingere, Fy, care caută să îndepărteze scula de suprafaţa prelucrată. Cunoaşterea forţelor exterioare de aşchiere prezintă importanţă la alegerea sau verificarea maşiniiFig,2.21 unelte utilizate pentru efectuarea prelucrării, la verificarea sau dimensionarea sculelor aşchietoare şi a dispozitivelor de lucru, la verificarea stabilităţii piesei în timpul prelucrării şi la calcularea erorilor de prelucrare datorate cedărilor elastice ale elementelor componente ale sistemului tehnologic de prelucrare. Forţa principală Fz, fiind cea mai mare componentă, determină în principal solicitările sistemului şi fiind orientată pe direcţia vz determină puterea principală de aşchiere. Ea areFig.2.21 o influenţă redusă asupra preciziei de prelucrare, deoarece acţionează după direcţie tangenţială la piesă. Forţa de respingere Fy prezintă cea mai mare importanţă privind precizia de prelucrare (fig.2.22) deoarece, acţionând după direcţie radială, deformaţiile produse de ea afectează direct dimensiunea prelucrată şi forma suprafeţei. Astfel, la prinderea piesei între vârfuri rezultă abateri de formă butoi, iar la prinderea la un capăt, o abatere de conicitate. În ambele cazuri eroarea dimensională este 2f, f fiind deformaţia axei piesei (săgeata) pentru cazul respectiv. Mărimea forţelor de aşchiere este influenţată de următorii factori: proprietăţile fizico-mecanice ale materialului de prelucrat, mărimea secţiunii transversale de aşchiere, geometria sculei aşchietoare, condiţiile de răcire-ungere, gradul de uzură al sculei, viteza de aşchiere şi materialul sculei.

Fig.2.22 Pentru calculul forţelor exterioare de aşchiere s-au stabilit, prin cercetări teoretice şi experimentale, relaţii de forma:

28

Fx  CFx  t

X Fx

 sYFx  K x

Fy  CFy  t

X Fy

s

Fz  CFz  t

XF z

 sYFz  K z

YFy

 Ky ,

(2.28)

în care CFx , CFy şi CFz reprezintă forţa specifică de aşchiere, adică forţa necesară desprinderii unei aşchii cu secţiunea unitară (t = s = 1 mm), caracteristică materialului de prelucrat, pentru anumite condiţii date; xFx, xFy, xFz, yFx, yFy, yFz sunt exponenţi ce exprimă influenţa adâncimii de aşchiere, respectiv a avansului, asupra forţelor de aşchiere; Kx, Ky şi Kz – coeficienţi de corecţie, care ţin cont de condiţiile concrete de lucru. Pentru calcule aproximative se poate proceda la calcularea forţei Fz, considerând Kz=1, iar apoi se determină Fx şi Fy cu relaţiile:

Fx  (0,25... 0,35)  Fz Fy  (0,35... 0,45)  Fz

,

(2.29)

deşi raportul dintre cele două forţe depinde de unghiul . O altă metodă permite calcularea forţei principale de aşchiere cu o relaţie de forma:

Fz  Ks  q ,

(2.30)

în care Ks [N/mm2] este forţa specifică de aşchiere, iar q [mm2] - secţiunea aşchiei. Prin cercetări experimentale s-au stabilit relaţiile de dependenţă ale Ks de rezistenţa la rupere σr (pentru materiale tenace) şi funcţie de duritate (pentru materiale casante) şi anume:

Ks  (2,5... 4,5)   r ;

Ks  (0,5... 1)  HB

(2.31)

2.7.2. Lucrul mecanic şi puterea de aşchiere. Procesul de aşchiere este un proces dinamic în care rezistenţa totală de aşchiere R se deplasează pe distanţe determinate, pentru aceasta fiind necesar un lucru mecanic: (2.32) L  R  l  cos  , l fiind lungimea deplasării, iar  - unghiul dintre vectorii R şi l . Acest lucru mecanic este efectuat de maşina-unealtă, care trebuie să dispună de puterea necesară. Considerând componentele forţei de aşchiere, expresia lucrului mecanic devine: L  Fx  l x  Fy  l y  Fz  l z ,

(2.33)

unde lx, ly şi lz reprezintă deplasările pe direcţiile celor trei forţe, care pot fi determinate cu formule specifice, de la caz la caz. Astfel, considerând cazul strunjirii unei suprafeţe conice (fig. 2.23), se obţine:

lx  l ; ly 

d2  d1   d1  d2  l ; lz   . (2.34) 2 2 sl

La

unei suprafeţe

strunjirea

l y  0 , iar relaţia (2.33) devine: Fig.2.23

cilindrice

29

L  Fx  l x  Fz  l z ,

(2.35)

Puterea de aşchiere se obţine derivând ecuaţia lucrului mecanic în raport cu timpul:

dl dL dl dl (2.36)  Fx  x  Fy  y  Fz  z  Fx  v x  Fy  v y  Fz  v z , dt dt dt dt relaţie în care vz este viteza principală de aşchiere, iar vx = wl şi vy = wt, adică vitezele de avans corespunzătoare. În exemplul considerat, avem: Pas 

vz 

  d1  d2  2  1000

n;

v x  sl  n ;

v y  st  n .

(2.37)

Practic, deoarece Fz  Fx , Fy iar v z  v x , v y , puterea consumată pentru mişcarea de avans poate fi neglijată, iar puterea de aşchiere se calculează cu relaţia:

Pas 

Fz  v z  m  [KW ] , cu Fz [N ]; v z  . 60.000  min 

(2.38)

Cunoscând puterea de aşchiere necesară, se poate calcula puterea motorului de antrenare al maşinii-unelte, cu relaţia:

PM 

Pas

t

,

(2.39)

în care ηt este randamentul total al laţului cinematic, calculat ca produs al randamentelor mecanismelor componente.

2.8. Fenomene termice în procesul de aşchiere. Lucrul mecanic total consumat pentru realizarea procesului de aşchiere se obţine din însumarea lucrurilor mecanice necesare învingerii rezistenţelor parţiale. Astfel, abordând problema într-o altă manieră decât cea de mai sus, se poate scrie: L  Le  Ld  Lf  Lf  La  Ldis

(2.40)

în care: Le este lucrul mecanic datorat deformaţiilor elastice; Ld – lucrul mecanic de deformaţie plastică; Lf, Lf - lucrul mecanic al forţelor de frecare pe faţa de aşezare, respectiv pe faţa de degajare; La – lucrul mecanic de deformare al aşchiei după desprinderea din materialul de bază; Ldis – lucrul mecanic de dispersie, consumat pentru formarea suprafeţei de aşchiere (acţiunea tăişului secundar, vibraţii). În lucrul mecanic total, suma Ld  Lf  Lf are o pondere de peste 95%, iar în cadrul acestei sume ponderea celor trei componente variază în funcţie de condiţiile de aşchiere. Astfel, la viteze mai mici de 50[m/min], Ld reprezintă cca. 80%, iar la viteze peste 100[m/min] (la finisări) Lf atinge 90%. 2.8.1. Surse de căldură în procesul de aşchiere Conform principiului cunoscut, lucrul mecanic se transformă în căldură, astfel încât fiecare din cei trei termeni formează câte o sursă de căldură (fig. 2.24). Această căldură se repartizează între elementele participante la proces cu care se află în contact direct:

30 -

în planul de forfecare: Ld  Q1  Q1P  Q1A ,care se repartizează între piesă şi aşaschie

aschie; - pe faţa de degajare: Lf  Q2  Q2 A  Q2S , distribuită între aşchie şi sculă; - pe faţa de aşezare: Lf  Q3  Q3P  Q3S , repartizată între piesă şi sculă. Cantitatea totală de căldură primită de fiecare element este următoarea: - pentru piesă: QP  Q1P  Q3P ; - pentru aşchie: QA  Q1A  Q2 A ;

(2.41)

- pentru sculă: QS  Q2S  Q3S . Fig.2,24

Cantitatea totală de căldură produsă în procesul de aşchiere:

Qt  Q1  Q2  Q3  QP  QA  QS , se repartizează între cele trei elemente în procente diferite de la un procedeu de prelucrare la altul, sau chiar pentru acelaşi procedeu în funcţie de regimul de aşchiere. Căldura primită de fiecare element este în parte evacuată prin radiaţie către mediul înconjurător, sau transportată de lichidul de răcire-ungere, iar restul este acumulată în element, astfel că putem scrie:

QP  QPE  QPA QA  QAE  QAA ,

(2.42)

QS  QSE  QSA indicele E semnificând căldura evacuată, iar A cea acumulată. Fig. 2.24 Căldura acumulată de fiecare element determină creşterea temperaturii acestuia, conform relaţiei:

Q  c  m  t ,

(2.43)

în care c este căldura specifică, m – masa elementului respectiv, iar Δt creşterea de temperatură. Cea mai mare temperatură o atinge aşchia, deoarece se află în contact cu cele două mari surse de căldură Q1 şi Q2 şi are o masă redusă, apoi scula, iar cel mai puţin se încălzeşte piesa (datorită masei mari şi suprafeţei mari de evacuare a căldurii). Creşterea de temperatură în timpul prelucrării prezintă interes în primul rând pentru sculă, deoarece depăşirea temperaturii limită admisă de materialul sculei determină scăderea durităţii, accelerarea uzurii şi scoaterea rapidă din uz a acesteia. De asemenea, creşterea de temperatură provoacă dilatarea elementelor, conform relaţiei cunoscute: l    l  T , afectând precizia de prelucrare; din acest punct de vedere importanţă maximă o prezintă piesa (mai ales la dimensiuni mari!), care poate fi rebutată.

31 2.8.2. Lichide de răcire-ungere Lichidele de răcire-ungere utilizate în procesul de aşchiere au rolul reducerii temperaturii părţii active a sculei, permiţând prin aceasta creşterea vitezei de aşchiere şi deci a productivităţii. La unele prelucrări ele contribuie şi la evacuarea aşchiilor (de exemplu la găurirea adâncă, la rectificare etc.). Reducerea temperaturii sculei are loc ca urmare a creşterii cantităţii de căldură evacuate, dar şi prin reducerea frecărilor şi deci a cantităţii de căldură produsă în proces, pentru o eficienţă maximă lichidul trebuind să circule cât mai aproape de tăiş. O bună utilizare a lichidului produce o scădere a temperaturii cu 100…150 [ºC]. Pe lângă proprietăţi cât mai bune de răcire, ungere şi spălare, aceste lichide trebuie să fie termostabile, să nu fie corozive sau toxice, şi să aibă un cost cât mai redus. Aceste cerinţe sunt satisfăcute în măsuri diferite de lichidele cunoscute şi utilizate după cum se prezintă în continuare. Soluţiile apoase, formate din apă cu sodă sau săpun, au proprietăţi foarte bune de răcire dar slabe de ungere, sunt corozive, dar nu sunt toxice şi sunt foarte ieftine. Se recomandă la prelucrarea materialelor uşor prelucrabile, la degroşare şi atunci când necesarul şi consumul de lichid este mare. Emulsiile, formate din apă şi ulei mineral, au proprietăţi bune de răcire şi ungere, nu sunt corozive sau toxice şi au un cost mediu. Sunt cele mai recomandate la prelucrările de degroşare, la oţeluri cu prelucrabilitate bună şi bronzuri. Uleiurile minerale şi vegetale au proprietăţi foarte bune de ungere, dar reduse de răcire, nu sunt corozive sau toxice dar sunt foarte scumpe. Sunt recomandate la prelucrarea materialelor greu aşchiabile, la prelucrările de finisare, deoarece asigură o rugozitate redusă, şi la cele care implică o sculă complexă şi scumpă (danturare, broşare, etc.), prin reducerea uzurii scăzând cheltuielile de exploatare a sculei. Uleiurile şi emulsiile active, activarea lor realizându-se prin introducerea unor cantităţi foarte mici (0,1…1[%]) de substanţe capilar-active (de exemplu acizi organici halogenaţi sau sulfonaţi şi sărurile acestora), care pătrund în fisurile din materialul prelucrat şi creează un efect de pană, reducând lucrul mecanic de aşchiere. Fiind scumpe şi toxice se utilizează doar la prelucrarea oţelurilor aliate greu prelucrabile, pe maşini-unelte automate. Petrolul lampant are foarte bune proprietăţi de spălare, fiind recomandat la prelucrarea materialelor casante (fontă, sticlă), Unele materiale, precum cuprul şi aliajele de aluminiu, se prelucrează fără răcire. La prelucrările realizate cu scule armate cu carburi metalice, spălarea trebuie să fie abundentă şi continuă, evitându-se astfel apariţia unor fisuri datorate şocurilor termice.

32

2.9. Uzura şi durabilitatea sculelor aşchietoare. În timpul procesului de aşchiere scula aşchietoare este supusă la intense solicitări mecanice şi termice, însoţite de deplasări relative sculă-piesă şi sculă-aşchie. Datorită contactului intim între cele trei elemente, caracterizat prin presiuni mari de contact şi temperaturi ridicate, prin frecare are loc desprinderea de particule de pe suprafeţele active ale sculei, având drept consecinţă modificarea în timp a geometriei acesteia şi înrăutăţirea condiţiilor de prelucrare. Acesta este fenomenul de uzură, care prezintă o importanţă maximă atât pentru durabilitatea sculelor aşchietoare, cât şi pentru productivitatea şi costul prelucrărilor prin aşchiere. 2.9.1. Cauzele uzurii. Se cunosc mai multe forme de uzură, fiecare având o cauză specifică, prezentate în continuare. Uzura prin abraziune este determinată de acţiunea mecanică a constituenţilor duri din structura materialului de prelucrat,cum sunt cementitele şi carburile elementelor de aliere. Deoarece scula are o duritate comparabilă sau mai mare decât a acestor constituenţi, în condiţii normale uzura este redusă; ea creşte însă foarte mult atunci când, datorită creşterii temperaturii, structura martensitică a sculei se modifică (scula se decăleşte) şi îi scade duritatea. Uzura prin adeziune apare datorită aderenţei constituenţilor moi (ferita, cobaltul) din materialul sculei la materialul de prelucrat, fenomen favorizat de presiunile mari de contact şi de temperaturi între 300…600 [ºC]. Când forţele de aderenţă sunt mai mari ca cele de coeziune interioare, particulele aderate sunt smulse din stratul superficial al sculei şi transportate de către aşchie sau piesă, slăbindu-se astfel legăturile constituenţilor duri, care apoi vor fi antrenaţi şi ei, apărând fenomenul de uzură. Prin acest fenomen se explică uzarea sculelor foarte dure (cu carburi metalice) chiar şi la prelucrarea materialelor cu duritate redusă (oţeluri moi, aluminiu, etc.). Uzura prin difuziune se produce datorită difuzării (migrării) elementelor care dau duritatea sculei, din materialul acesteia către materialul de prelucrat, mai sărac în aceste elemente, fenomen favorizat de temperaturi mari, peste 800 [ ºC]. La oţeluri, difuzează carbonul şi elementele de aliere, iar la carburile metalice elementele de bază ale acestora (W, Ti, etc.), scăzându-se astfel duritatea suprafeţelor. Aceasta este principala cauză de uzură a sculelor armate cu carburi metalice. Uzura prin transport electric de atomi se datorează faptului că materialul sculei şi al piesei, fiind două materiale diferite aflate în contact intim la o temperatură ridicată, formează un termocuplu în care apare o forţă electromotoare care generează un curent. Datorită formării şi ruperii continue a contactului, pe lângă curentul electric apare şi un curent ionic, care înseamnă un transport de masă, deci o formă de uzură. Fenomenul poate fi contracarat prin introducerea din exterior a unui curent care să anuleze curentul ionic.

33 Uzura prin fărâmiţare apare la sculele fabricate din materiale fragile, în cazul utilizării acestora la prelucrări care generează solicitări pulsatorii, şi se manifestă prin desprinderea de pe tăiş a unor particule fine şi distrugerea muchiei aşchietoare. În general, uzarea unei scule aşchietoare la o anumită prelucrare se produce prin cumularea efectelor mai multor cauze, existând totuşi o cauză principală. 2.9.2. Parametrii uzurii. Curbele de uzură. Uzura sculei aşchietoare în procesul aşchierii se manifestă prin apariţia în timp a unei teşituri pe suprafaţa de aşezare şi a unei scobituri pe suprafaţa de degajare dispusă paralel cu tăişul principal (fig.2.25), caracterizate prin cotele specifice care reprezintă parametrii de uzură. Uzura pe faţa de aşezare apare datorită frecării cu piesa şi are ca parametru principal de apreciere înălţimea

Fig.2.25

h a faţetei formate pe faţa de aşezare a

sculei. Ea cauzează, datorită unghiului de aşezare , apariţia unei uzuri radiale hr, care poate fi calculată cu relaţia:

hr  hα  tgα .

(2.44)

Uzura pe faţa de degajare apare datorită frecării aşchiei după desprinderea ei de materialul de bază. Ea se apreciază prin adâncimea scobiturii h sau prin lăţimea B a acesteia. Graficele evoluţiei în timp sau în spaţiu a mărimilor h sau h reprezintă caracteristicile de uzură. Ele pot avea diferite forme, cea mai răspândită fiind cea din figura 2.26.

Fig.2.25

Pe curbă, se pot distinge trei zone pe care panta curbei, care reprezintă viteza de uzură,este aproximativ constantă. Zona I, OA, denumită zona de uzură iniţială, se caracterizează printr-o evoluţie rapidă a uzurii determinată de eliminarea vârfurilor asperităţilor rămase după reascuţirea sculei şi formarea razei optime a tăişului.

Fig.2.26

34 Zona a II-a, AB, denumită zona uzurii normale, se caracterizează printr-o viteză de uzură mică şi constantă, datorită faptului că condiţiile de uzură se menţin constante pentru un timp îndelungat. Zona a III-a, dincolo de punctul B, denumită zona de uzură totală sau catastrofală, este caracterizată prin creşterea rapidă a vitezei de uzură, explicabilă prin faptul că acumulările cantitative lente din zona a II-a determină, începând din punctul B, apariţia saltului calitativ (crescând frecările se depăşeşte temperatura limită, scula se decăleşte şi îşi pierde duritatea, uzându-se rapid). La o exploatare normală a sculelor aşchietoare, limita de utilizare corespunde punctului B, pentru care se defineşte intensitatea medie a uzurii:

Im  tgm 

hB

2

.

(2.45)

Utilizarea sculei în zona a III-a este interzisă, deoarece cresc rapid şi inutil cheltuielile legate de exploatarea sculei, la reascuţire, pentru refacerea geometriei iniţiale, fiind necesar să se înlăture de pe suprafeţele active un strat de grosime mult mai mare.

2.9.3. Uzura admisibilă şi durabilitatea efectivă Consecinţele uzării sculelor sunt multiple şi afectează atât precizia de prelucrare cât şi productivitatea şi costul prelucrărilor prin aşchiere. Astfel, uzura pe faţa de aşezare h determină scăderea până la anulare a unghiului de aşezare  (fig. 2.25), mărind frecările şi conducând la creşterea forţelor de aşchiere şi a rugozităţii suprafeţei prelucrate. Totodată, apariţia uzurii radiale hr are ca efect modificarea în timp a cotei prelucrate de la R la R1  R  hr , afectând precizia de prelucrare. Uzura pe faţa de degajare h are ca efect creşterea unghiului de degajare  la valoarea ’, ceea ce, în anumite limite, este un fenomen pozitiv deoarece se reduc forţele de aşchiere; prin depăşirea unei anumite valori, fenomenul devine negativ datorită faptului că prin reducerea unghiului de ascuţire  al sculei, se reduce capacitatea termică a acesteia, făcând să crească temperatura tăişului. Datorită efectelor negative ale uzurilor se impune limitarea lor la nişte valori admisibile. Uzura admisibilă se stabileşte după criterii specifice ce depind de tipul operaţiei de prelucrare. Astfel, la prelucrările de finisare, uzura admisibilă pe faţa de aşezare ha se stabileşte punând condiţia ca uzura radială h r să nu depăşească jumătate din valoarea toleranţei admisibile Td prescrisă la cota respectivă, deci: hra 

Td , 2

(2.46)

35 iar cum hr  h  tg , rezultă:

ha 

Td . 2  tg

(2.47)

La degroşare, uzura poate fi lăsată să progreseze până la limita maximă, corespunzătoare punctului B din caracteristica de uzură, după care scula este reascuţită. Prin durabilitatea efectivă T a unei scule aşchietoare se înţelege timpul efectiv de lucru până la atingerea uzurii admisibile, egal cu timpul de utilizare efectivă între două reascuţiri succesive. Durabilitatea sculei fiind determinată de atingerea unei anumite uzuri, ea depinde de factorii de uzură, care sunt: proprietăţile fizico-mecanice ale materialului de prelucrat şi ale materialului sculei, regimul de aşchiere, geometria sculei, condiţiile de răcire-ungere, etc., dintre care, pentru un cuplu de materiale dat, cea mai mare influenţă o are viteza de aşchiere, care determină temperatura de lucru. În figura 2.27 sunt prezentate grafic caracteristicile de uzură h  f ( ) ridicate experimental pentru trei valori ale vitezei de aşchiere v a1  v a 2  v a3 ceilalţi parametrii ai prelucrării fiind menţinuţi constanţi. Considerând o uzură admisibilă ha, se constată că durabilităţile efective corespunzătoare celor trei viteze sunt diferite şi anume: T1  T2  T3 . Experimental s-a stabilit că între viteza de aşchiere şi durabilitatea sculei există o relaţie de dependenţă de forma (relaţia Time-Taylor):

v a1  T1m  v a2  T2m  ...  v a  T m  CV ,

(2.48)

în care m este exponentul durabilităţii,iar CV este o constantă care depinde de proprietăţile fizico-mecanice ale materialului de prelucrat şi al sculei, precum şi de condiţiile de prelucrare. Din relaţia (2.48) se poate determina durabilitatea efectivă corespunzătoare unei anumite viteze de aşchiere va, cu relaţia:

T  în

Fig.2.27

care

CT , v az

exponentul

(2.49) vitezei

Z  1 / m , iar CT  CV1 / m .

Prin logaritmarea relaţiei (2.49) se obţine:

logT  logCT  Z  logv a , care în coordonate logaritmice (fig.2.28) reprezintă o dreaptă având panta:

(2.50)

36

Z  tgψ 

logT 1  logT 2 log v a 2  log v a1



1 m

.

(2.51)

Mărimile Z, m, CT şi CV se determină experimental şi analitic, folosind relaţiile de mai sus. În practică, mai întâi se stabileşte valoarea durabilităţii, după anumite criterii, iar apoi se calculează viteza corespunzătoare, cu relaţia: CV . (2.52) Tm Deoarece viteza de aşchiere este influenţată nu numai de durabilitate, ci şi de ceilalţi doi parametrii ai regimului de aşchiere t şi s, relaţia de va 

calcul a vitezei de aşchiere are forma generală: CVT , (2.53) T  t X v  sYv în care constanta CVT , şi exponenţii Xv şi Yv se v aT 

m

determină de asemenea experimental, aplicând principiul suprapunerii de efecte. Fig.2.28

2.10. Optimizarea prelucrărilor prin aşchiere. Optimizarea prelucrărilor prin aşchiere presupune determinarea regimului optim de aşchiere care să satisfacă următoarele cerinţe: Fig.2.29 - să asigure realizarea unui obiectiv principal urmărit (cost minim, productivitate maximă, etc.). - să asigure cerinţele de precizie dimensională şi de formă, precum şi calitatea suprafeţei, cerute prin documentaţia tehnică; - să asigure utilizarea raţională a maşinii-unelte. 2.28 În acestFig. scop se realizează un studiu de optimizare în care se stabileşte obiectivul principal în funcţie de care se calculează viteza optimă de prelucrare, iar apoi se determină şi ceilalţi parametrii optimi, pentru satisfacerea cerinţelor în ansamblu. Cele mai utilizate criterii de optimizare ale prelucrărilor prin aşchiere sunt criteriul economic şi criteriul productivităţii. Fig.2.29 Criteriul economic are ca obiectiv realizarea prelucrării cu costuri minime. Prin studii teoretice s-a

37 determinat dependenţa costurilor de prelucrare funcţie de durabilitatea sculei T, reprezentată grafic în figura 2.29, curba C. Se constată că costul minim Cmin se realizează pentru durabilitatea optimă denumită durabilitate economică Te. Criteriul productivităţii urmăreşte ca obiectiv, realizarea unei productivităţi maxime, dependenţa productivităţii Q de durabilitate fiind reprezentată în figura 2.29, curba Q. Se constată că productivitatea maximă Qmax se realizează pentru durabilitatea optimă TQ  Te . Intervalul TQ ,Te  reprezintă domeniul de maximă eficienţă al prelucrărilor prin aşchiere. Criteriul de optimizare cel mai utilizat este criteriul economic, pentru care se determină durabilitatea economică Te. Viteza economică de aşchiere, vae, este viteza corespunzătoare durabilităţii economice Te. Pentru durabilitatea economică, relaţia (2.53) capătă forma specifică: v ae 

în care CV 

CV , t  sYv Xv

(2.54)

CVT . Tem

Deoarece constantele şi exponenţii din relaţiile de mai sus se determină experimental, în anumite condiţii fixate, pentru prelucrări realizate în condiţii diferite de acestea se introduc coeficienţi de corecţie KVi care ţin cont de condiţiile concrete de lucru, astfel că relaţia 2.54 devine: v ae 

K Cv cu  K K  KVi .  V V t X v  sYv i 1

(2.55)

Pentru aplicarea relaţiei 2.55 este necesar să se cunoască valorile optime ale t şi s, t0 şi s0 , care se determină punând alte condiţii, ca de exemplu: - pentru realizarea rugozităţii suprafeţei, care depinde de avansul de prelucrare şi de parametrii geometrici ai sculei, se pune condiţia:

Ra (s,...)  Ra adm ;

(2.56)

- pentru verificarea rezistenţei sistemului tehnologic de prelucrare, sau limitarea deformaţiilor elastice ale acestuia în scopul realizării preciziei de prelucrare, se pot scrie o serie de realaţii privind forţele de aşchiere, care depind de t şi s:

Fz (t , s,...)  Fz adm Fx (t , s,...)  Fx adm ; Fy (t , s,...)  Fy adm

(2.57)

38 - condiţia de încadrare a puterii de aşchiere în limitele puterii disponibile la maşinaunealtă:

Pas  Pm u  ηt .

(2.58)

Reunind relaţiile (2.55), (2.56), (2.57), (2.58) se obţine un sistem de inecuaţii, din a cărui rezolvare rezultă parametrii regimului optim de aşchiere: vae, to , so.

2.11. Productivitatea prelucrării prin aşchiere. Productivitatea prelucrării prin aşchiere este apreciată prin doi indicatori: productivitatea tehnologică şi productivitatea maşinii-unelte. Productivitatea tehnologică se defineşte prin volumul de material prelucrat în unitatea de timp:

V  v z  qn  v z  t  s mm3 / min  ,  

(2.59)

deci produsul parametrilor regimului de aşchiere. Productivitatea maşinii-unelte se defineşte prin numărul de piese realizate în unitatea de timp, sau inversul timpului total

Q

1

t



 t necesar pentru prelucrarea unei piese:

b  a

1 ,   des   int

(2.60)

în care: -

 b -timpul de bază, adică timpul efectiv consumat pentru aşchierea propriu-zisă;

-

Fig.2.30 auxiliar, adică suma timpilor neproductivi necesari fixării şi desprin a -timpul

derii piesei, schimbării sculei, reglării regimului de aşchiere, controlului piesei, etc. -

 des -timpul de deservire tehnico-organizatorică a locului de muncă, precum:

timpul de reglare a maşinii, de ungere, de îndepărtare a aşchiilor, etc. -

 int -timpul de întrerupere a lucrului, pentru odihna şi necesităţile fireşti ale

operatorului – reglementat prin normative. Pentru strunjirea unei suprafeţe cilindrice (fig.2.30), timpul de bază se calculează cu relaţia: Fig.2.30

b 

L i n  sl

(2.61)

unde L [mm] este lungimea totală a drumului parcurs în mişcarea de avans; n [rot/min] – turaţia piesei; sl [mm/rot] – avansul; i – numărul de treceri. Lungimea L se calculează cu relaţia:

L  l  l1  l 2  l3 L

fiind

lungimea

piesei;

(2.62)

l1 şi l2 –

suplimentele de cursă necesare la intrarea şi

39 ieşirea sculei din aşchiere; l3 – lungimea curselor pentru aşchierea de probă (în vederea reglării la cotă).

Din analiza relaţiei (2.60) rezultă şi căile de creştere a productivităţii maşinilorunelte şi anume: - reducerea timpilor de bază, realizată prin: reducerea la minim a curselor suplimentare; utilizarea unor turaţii (deci viteze de aşchiere) cât mai mari prin folosirea materialelor moderne pentru scule şi a lichidelor de răcire-ungere; reducerea numărului de treceri prin micşorarea adaosului de prelucrare şi mărirea adâncimii de aşchiere; mărirea avansului, în limitele permise de rugozitatea suprafeţei, de forţe şi de puterea instalată. - reducerea timpilor auxiliari, prin mecanizarea şi automatizarea mişcărilor auxiliare. - reducerea timpilor de deservire, prin mai buna organizare a locului de muncă.

38

3. Generarea suprafeţelor pe maşinile-unelte Dintre modalităţile teoretice de generare a suprafeţelor, la generarea lor pe maşinile-unelte cel mai bine se pretează modelul generării suprafeţei prin deplasarea unei curbe în spaţiu, suprafaţa generată fiind locul geometric al poziţiilor succesive ale curbei în mişcare. Curba care se deplasează se numeşte curbă generatoare (G), iar traiectoria descrisă de un punct al ei în timpul mişcării, reprezintă curba directoare (D). Cele două curbe pot fi spaţiale sau plane, analitice sau neanalitice (care, neputând fi exprimate matematic, sunt definite punct cu punct). În figura 3.1 se prezintă cazul generării unei suprafeţe de către două curbe plane: curba G, conţinută în planul generatoarei

G,se deplasează cu viteza vM, punctul M descri-

ind curba D, conţinută în planul directoarei D. Cele două plane sunt perpendiculare între ele, iar urma planului

G în planul D formează un-

ghiul θ cu direcţia vitezei vM. Privind unghiul θ, pot apărea două situaţii:θ constant sau θ variabil. În cazul θ constant, forma suprafeţei generate nu depinde de legea de variaţie a vitezei vM.În cazul θ variabil după o lege cunoscută,forma suprafeţei generate depinde de legile de variaţie ale mărimilor θ şi vM, cu excepţia situaţiei când cele două legi au un parametru comun: de exemplu când planul generatoarei

G se deplasează paralel cu el însuşi,sau când se roteşte în jurul unei drepte perpendiculare pe D. Fig.3.1 Din punct de vedere al complexităţii formei, curbele G şi D pot fi de patru tipuri: - curbe simple, dreapta sau cercul (fig.3.2,a) generate prin mişcării simple de translaţie sau de rotaţie, realizate cu ajutorul cuplelor sanieghidaj şi respectiv fus-lagăr; - curbe compuse, obţinute prin racordarea mai multor curbe simple (fig.3.2,b, curba G); - curbe complexe analitice, geFig.3.1.

Fig.3.2

nerate cinematic prin combinarea mişcărilor simple, cum sunt elicea cilindrică (fig.3.2,c, curba D), realizată prin combinarea mişcării

39 de rotaţie cu o mişcare de translaţie de-a lungul axei, evolventa (fig.3.2,d, curba G) obţinută prin rulare, etc.; - curbe complexe neanalitice, exprimate punct cu punct, cum sunt suprafeţele unor matriţe, electrozi pentru prelucrări neconvenţionale, etc. Abordând problema în maniera de mai sus, generarea suprafeţelor se reduce la generarea curbelor G şi D, dificultăţile cele mai mari fiind întâmpinate la realizarea practică a acestor curbe pe maşinile-unelte.

3.1.

Realizarea curbei generatoare.

Curbele generatoare întâlnite la generarea suprafeţelor pe maşinile-unelte sunt întotdeauna curbe plane, care pot fi realizate tehnic în următoarele moduri: - prin programare: - pe sculă; - pe un şablon sau model; - prin programare numerică; - prin generare pe cale cinematică: - ca traiectorie a unui punct în mişcare; - ca înfăşurătoare a poziţiilor succesive ale unei curbe programată pe sculă. Realizarea curbei G prin programare pe sculă are loc la utilizarea sculelor profilate, atunci când profilul acestora este transpus pe piesă prin copiere directă (fig.3.3,a). Dacă scula are unghiul de degajare  = 0, atunci profilul tăişului pe faţa de degajare este identic cu cel al generatoarei piesei, putând spune că generatoarea este materializată pe sculă; dacă scula are   0, atunci tăişul este profilat după o curbă a cărei proiecţie pe planul generatoarei este curba generatoare.

Fig.3,3 Metoda prezintă avantajul că necesită o cinematică simplă chiar în cazul unor curbe complexe, dar are o serie de dezavantaje determinate de dificultăţile de realizare cu o precizie ridicată a profilului sculei şi de faptul că la o lungime mare a tăişului forţele de aşchiere devin foarte mari şi apar vibraţii care compromit calitatea suprafeţei, putând de-

Fig.3.3

40 termina chiar ruperea sculei. Se utilizează la prelucrări de strunjire, rabotare, frezare, broşare, rectificare, pentru lungimi mici ale profilului. Când curba generatoare este programată pe un şablon sau model, transpunerea sa pe piesă se realizează cu ajutorul unui dispozitiv de copiat. Metoda prezintă avantajul că pot fi programate profile de lungime mare, fără să apară dezavantajele de mai sus, iar datorită forţelor mici de palpare a profilului, şablonul îşi păstrează precizia iniţială pentru un timp îndelungat. Se utilizează la operaţii de strunjire, frezare, rabotare, rectificare, etc. Realizarea generatoarei prin programare numerică are loc pe maşini-unelte cu comandă numerică, la care profilul curbei este programat într-un cod numeric pe o bandă perforată sau magnetică, transpunerea lui pe piesă fiind realizată cu ajutorul unui echipament de comandă numerică, care comandă maşina. Toate cele trei variante ale metodei programării permit realizarea atât a curbelor analitice cât şi a celor neanalitice. Generarea curbelor generatoare pe cale cinematică, ca traiectorie a unui punct în mişcare, permite realizarea unor curbe simple obţinute prin efectuarea unei mişcări simple (fig.3.3,b), de translaţie (curba G) sau de rotaţie (curba D). Metoda este frecvent întâlnită la prelucrări de strunjire, rabotare, etc. Generarea curbei generatoare pe cale cinematică, ca înfăşurătoare a poziţiilor succesive ale unei curbe materializată pe sculă, are loc, în general, la prelucrările prin rulare. În figura 3.3,c, generatoarea teoretică GT (evolventa) se obţine ca înfăşurătoare a poziţiilor succesive ale dreptei Δ (profilul sculei), generatoarea reală GR având forma unei linii frânte, alcătuită dintr-o succesiune de segmente tip B1B2 , denumite generatoare elementare, care aproximează curba teoretică GT.

3.2.

Realizarea curbei directoare.

Curbele directoare întâlnite la generarea suprafeţelor pot fi curbe plane sau spaţiale. Ca şi curbele generatoare, directoarele pot fi realizate tehnic prin cele două metode: - metoda programării: - pe sculă; - pe un şablon sau model; - prin programare numerică; - metoda generării cinematice: - ca traiectorie a unui punct în mişcare; - ca înfăşurătoare a poziţiilor succesive ale unei curbe generată cinematic; - imprimată prin rulare.

41 Prin metoda programării, curbele directoare pot fi realizate practic la fel ca şi curbele generatoare, tipice fiind curbele spaţiale materializate pe sculă, cum este cazul tarodului şi al filierei (fig.3.2, c – elicea directoare D). Generarea cinematică a curbei directoare ca traiectorie a unui punct se realizează, în cazul curbelor plane simple, similar cu curbele generatoare simple (fig.3.3,b). Prin această metodă pot fi obţinute însă şi curbe directoare plane sau spaţiale complexe analitice, generate cinematic prin combinarea unor mişcări simple, cum ar fi spirala arhimedică, cicloida, sau elicea cilindrică (fig.3.2,c) sau conică, etc. Directoarea generată cinematic ca înfăşurătoare a unei curbe cinematice se obţine la prelucrările prin frezare (fig.3.4,a), când directoarea teoretică DT rezultă ca înfăşurătoare a epicicloidelor alungite generate cinematic de vârfurile dinţilor sculei (vezi şi fig.2.6). Directoarea reală DR, alcătuită dintr-o succesiune de directoare elementare tip AB , aproximează directoarea teoretică cu o precizie determinată de mărimea avansului pe dinte sd şi de diametrul frezei.

Fig.3.4 Directoarea cinematică imprimată prin rulare se obţine similar imprimării tipografice pe maşinile rotative (fig.3.4,b). Prin rostogolirea fără alunecare a cilindrului C pe planul , dreapta Δ din plan generează pe cilindru curba spaţială D, de tip elice cilindrică, într-un mod mult mai simplu decât la generarea cinematică a acesteia prin combinarea unei rotaţii cu o translaţie axială. Metoda se utilizează la generarea unor directoare complexe la prelucrarea danturilor înclinate sau curbe. Fig.3.4.

42

4. Noţiuni de bază privind lanţurile cinematice ale maşinilor-unelte. Deoarece procesul de aşchiere se realizează simultan cu cel de generare a suprafeţei, rezultă că maşina-unealtă trebuie să asigure, în acelaşă timp, atât viteza de aşchiere cât şi deplasările pe traiectoriile necesare generării suprafeţei. Aceste mişcări sunt denumite mişcări de lucru. Pe lângă mişcările de lucru, la prelucrarea unei piese maşina-unealtă trebuie să mai execute şi o serie de mişcări auxiliare, sau de deservire, cum ar fi: prindereadesprinderea piesei pe maşină, schimbarea sculelor aşchietoare, etc. Aşadar, mişcările efectuate la o maşină-unealtă se pot clasifica astfel: - mişcări de lucru, realizate în timpul desfăşurării procesului de aşchiere, care după scop pot fi împărţite în mişcări de aşchiere şi mişcări de generare a suprafeţei; - mişcări auxiliare, realizate în afara procesului de aşchiere, îndeplinind diferite funcţiuni legate de deservirea maşinii-unelte. Pentru realizarea oricărei mişcări, maşina-unealtă dispune de un lanţ cinematic specific. Prin lanţ cinematic se înţelege un grup de mecanisme legate între ele, care au ca scop realizarea unei anumite mişcări,sau asigură o legătură cinematică între două mişcări. Totalitatea lanţurilor cinematice ale unei maşini-unelte definesc cinematica ei, reprezentată grafic prin schema cinematică. Schemele cinematice pot fi de două feluri: scheme cinematice propriu-zise, în care sunt reprezentate prin simboluri specifice toate mecanismele care intră în alcătuirea ei, şi scheme cinematice structurale sau scheme bloc, în care mecanismele sunt reprezentate simplificat, prin gruparea lor în blocuri funcţionale. Într-o schemă cinematică propriu-zisă se disting lanţuri cinematice izolate, realizate prin mecanisme proprii, şi lanţuri cinematice suprapuse parţial sau total, având mecanisme comune.

4.1. Clasificarea lanţurilor cinematice. Lanţurile cinematice ale maşinilor-unelte pot fi clasificate după mai multe criterii, cele mai importante fiind următoarele: - după scop, sau destinaţie, determinat de rolul mişcării realizate, există: - lanţuri cinematice generatoare (care realizează şi mişcările de aşchiere); - lanţuri cinematice auxiliare. - după natura mişcării realizate şi după modul de execuţie al mişcării, pot fi: - lanţuri cinematice pentru realizarea mişcării de rotaţie: continuă, oscilantă şi intermitentă (pas cu pas);

43 - lanţuri cinematice pentru realizarea mişcării de translaţie: continuă, alternativă şi intermitentă. - după natura mecanismelor utilizate, se cunosc: - lanţuri cinematice mecanice; - lanţuri cinematice hidraulice sau pneumatice; - lanţuri cinematice electrice; - lanţuri cinematice combinate (hido-mecanice, electro-hidraulice, etc). - după modul de comandă şi acţionare, pot fi: - lanţuri cinematice manuale (acţionate şi comandate de operatorul uman); - lanţuri cinematice mecanizate (acţionate mecanic şi comandate de operator); - lanţuri cinematice automatizate (acţionate mecanic şi comandate automat de către un sistem de comandă). Lanţurile cinematice generatoare asigură realizarea formei şi dimensiunilor traiectoriilor generatoare şi directoare, precum şi a vitezelor de deplasare pe aceste traiectorii. După forma traiectoriei G şi D, lanţurile cinematice generatoare pot fi: - simple, care realizează deplasarea pe traiectorii simple: dreapta sau cercul; - complexe, care generează traiectorii complexe (elicea, spirala, ciloida, etc.) prin compunerea mişcărilor simple de rotaţie şi translaţie. Lanţurile cinematice simple sunt de regulă izolate între ele, fiecare având elemente de reglare proprii pentru mişcarea pe care o realizează. Lanţurile cinematice complexe necesită legături cinematice între mişcările simple pe care le compun, care să asigure o anumită relaţie între vitezele de deplasare pe traiectoriile respective. Datorită suprapunerii funcţiei de generare a suprafeţei cu cea de realizare a procesului de aşchiere, lanţurile cinematice generatoare pot fi împărţite şi în: - lanţuri cinematice principale; - lanţuri cinematice de avans. Lanţul cinematic principal asigură deplasarea curbei G pe curba D (pe care o generează) cu viteza principală de aşchiere vz, care poate fi reglată la parametrii necesari aşchierii fără să afecteze generarea suprafeţei. Lanţurile cinematice de avans îndeplinesc un dublu rol: primul, din punct de vedere al generării suprafeţei, ele asigură, în general, generarea curbei G, dar uneori contribuie şi la realizarea curbei D (de exemplu, la filetare); al doilea rol, din punct de vedere al aşchierii, asigură continuitatea procesului de aşchiere, determinând totodată secţiunea de aşchiere şi rugozitatea suprafeţei prelucrate. Datorită rolului său dublu, avansul este supus unor restricţii din ambele părţi. Lanţurile cinematice auxiliare au rolul realizării mişcărilor auxiliare, care se efectuează în afara procesului de aşchiere. Ele nu contribuie direct la realizarea acestuia,

44 sau la generarea suprafeţei, putând fi reglate independent la parametrii necesari îndeplinirii funcţiei pe care o realizează, dar afectează productivitatea maşinii-unelte. Automatizarea maşinilor-unelte vizează în primul rând automatizarea mişcărilor auxiliare, în scopul reducerii timpilor auxiliari şi creşterii productivităţii.

4.2. Structura generală a lanţurilor cinematice. Lanţul cinematic este o grupare de mecanisme având rolul transmiterii şi transformării cantitative şi calitative a mărimii de intrare într-o mărime de ieşire, ambele mărimi fiind mişcări cu caracteristici bine determinate. Mărimea de intrare este adesea o turaţie constantă, dar mărimea de ieşire este o mişcare care trebuie să răspundă unor cerinţe diverse, necesitate de diferitele prelucrări care se execută pe maşina respectivă. De exemplu, mărimea de ieşire poate fi de altă natură decât cea de intrare, poate necesita porniri şi opriri repetate, inversări ale sensului de deplasare, reglarea mărimii (modulului) mişcării, etc., pentru fiecare cerinţă de realizat lanţul cinematic trebuind să fie dotat cu un mecanism specific. Structura generală şi funcţiunile pe care trebuie să le îndeplinească un lanţ cinematic, rezultă din figura 4.1, în care s-au notat:

Fig.4.1 Fig.4.1 ME – motor electric de acţionare; K – cuplaj; I – inversor; MR – mecanism de reglare; MU – mecanismul de uniformizare; F – frână; MT – mecanism de transformare. Motorul electric (sau de alt tip) furnizează mărimea de intrare în lanţul cinematic, yI, care, de regulă, este o mişcare de rotaţie cu turaţia n0  ct. , sau reglabilă în trepte sau continuu. Cuplajul K este elementul de pornire-oprire al transmiterii mişcării, iar inversorul I schimbă sensul mişcării. Prin mecanismul de reglare MR se realizează modificarea voită din punct de vedere cantitativ a mişcării, în concordanţă cu cerinţele procesului de prelucrare. Mecanismul de uniformizare MU (de exemplu un volant) este un acumulator de energie având rolul de uniformizare a mişcării în cazul procedeelor cu prelucrare discontinuă; la prelucrările la care aşchierea este continuă el poate să lipsească, rolul său fiind îndeplinit de momentele de inerţie ale celorlalte elemente componente. Frâna F are rolul anulării rapide a energiei cinetice reziduale a lanţului cinematic în faza de oprire, în scopul opririi într-un timp cât mai scurt, sau cât mai precis într-o anumită poziţie. Mecanismul de transformare MT realizează transformarea calitativă a mişcării şi este

45 necesar atunci când mărimea de ieşire ye este de altă natură decât cea de intrare yi ( de exemplu: o mişcare de rotaţie oscilantă sau intermitentă, o mişcare de translaţie alternativă sau pas cu pas). Într-o astfel de situaţie, deoarece cel mai eficient se procesează mişcarea de rotaţie, lanţul cinematic este conceput cu mecanisme specifice acestei mişcări, iar transformarea naturii mişcării se realizează abia la final. În figura 4.1 a fost prezentat un lanţ cinematic generalizat. În realitate, lanţurile cinematice pot să aibă o structură mai simplă, în funcţie de cerinţele mişcării pe care o realizează, sau un element să cumuleze mai multe funcţiuni. De exemplu, funcţiunile de pornire-oprire, inversoare a sensului şi de frânare sunt realizate adeseori de motor, iar acţionările electrice moderne permit şi reglarea continuă a turaţiei, astfel încât partea mecanică a lanţului cinematic se simplifică foarte mult. Pe lângă mecanismele şi funcţiunile de bază prezentate mai sus, lanţurile cinematice pot fi echipate şi cu dispozitive auxiliare de protecţie şi de măsurare-indicare a parametrilor principali.

4.3. Caracteristicile generale ale lanţurilor cinematice. Aşa cum s-a arătat mai sus, funcţiunile generale ale unui lanţ cinematic sunt cele de transmitere, de reglare şi de transformare calitativă a mişcării. Legat de primele două funcţiuni de definesc şi caracteristicile generale ale lanţurilor cinematice, care sunt: caracteristica de transfer şi caracteristica de reglare. Caracteristica de transfer (transmitere) a mişcării este specifică atât lanţului cinematic în ansamblul său, cât şi mecanismelor componente, care sunt legate în serie. Raportul de transmitere sau de transfer i al unui lanţ cinematic se defineşte prin raportul dintre mărimea de ieşire ye şi cea de intrare yi:

i

ye . yi

(4.1)

Considerând un lanţ cinematic format din K mecanisme legate în serie (fig.4.2.), se pot scrie rapoartele parţiale de transmitere ale mecanismelor componente, prin relaţiile:

i1 

xe1 ; xi 1

i2 

xe 2 x ; . . . i K  eK . xi 2 xiK

(4.2)

Fig.4.2 Făcând produsul rapoartelor parţiale şi ţinând cont că y i  xi 1; xe1  xi 2;... xeK  y e , rezultă:

Fig.4.2

46 K

i



j

j 1

xe1 xe 2 x y      eK  e  i , xi 1 xi 2 xiK yi

(4.3)

adică raportul de transmitere al lanţului cinematic se calculează ca produs al rapoartelor de transmitere parţiale ale mecanismelor componente. Aşadar, cunoscând mărimea de intrare şi raportul de transmitere al lanţului cinematic se poate determina mărimea de ieşire ye, cu relaţia:

ye  i  yi ,

(4.4)

care reprezintă ecuaţia de transfer a lanţului cinematic. Caracteristica de reglare a unui lanţ cinematic este dată de mecanismul de reglare MR aflat în structura acestuia, care permite reglarea mărimii de ieşire ye într-un interval y e  y e min, y e max  , denumit domeniul de variaţie al mărimii de ieşire, pentru care se calculează raportul de variaţie al mărimii de ieşire din lanţul cinematic, cu relaţia:

Rye 

y e max y e min

.

(4.5)

Mărimea de intrare yI poate fi constantă sau reglabilă într-un interval

y i  y i min, y i max  denumit domeniul de variaţie al mărimii de intrare, pentru care se calculează raportul de variaţie al mărimii de intrare în lanţul cinematic, cu relaţia:

Ryi 

y i max y i min

.

(4.6)

Cunoscând valorile limită ale mărimilor de intrare şi de ieşire, se pot calcula rapoartele de transmitere maxim şi minim ale lanţului cinematic, cu relaţiile: i L max 

y e max y i min

şi i L min 

y e min y i max

.

(4.7)

Capacitatea de reglare a lanţului cinematic CL se determină cu relaţia:

CL 

imax y e max y i max    Rye  Ryi . imin y i min y e min

(4.8)

Pentru mecanismul de reglare MR, rapoartele de transmitere maxim şi minim au expresiile: i M max 

y e max y i max

şi i M min 

y e min y i min

,

(4.9)

iar capacitatea de reglare a mecanismului de reglare CM, se calculează cu relaţia:

CM 

i M max i M min



y e max y i min Rye   y i max y e min Ryi

(4.10)

Pentru y i  ct. , rezultă Ryi  1, iar din relaţiile (4.8) şi (4.10) se obţine:

CL  CM  Rye ,

(4.11)

deci capacitatea de reglare a lanţului cinematic este egală cu capacitatea de reglare a mecanismului de reglare, care trebuie să fie egală cu raportul de variaţie al mărimii de ieşire.

47 Din relaţia (4.10), se constată că pentru yi reglabilă, având Ryi  1 rezultă CM  Rye , ceea ce înseamnă simplificarea mecanismului de reglare MR, deci reducerea gabaritului şi a costului. De aceea, se recomandă utilizarea motoarelor electrice cu două sau chiar trei turaţii, etajate după o serie geometrică cu raţia 2.

4.4. Lanţuri cinematice mecanice. Lanţurile cinematice mecanice sunt acele lanţuri cinematice în alcătuirea cărora se utilizează numai mecanisme de natură mecanică. Ele au o largă răspândire datorită avantajelelor pe care le prezintă, dintre care cele mai importante sunt: rigiditate mare; precizie cinematică ridicată; puteri specifice mari, cost redus şi durată mare de utilizare. Aceste avantaje fac ca ele să nu aibă rival într-o serie de aplicaţii, în special acolo unde se cere o precizie cinematică ridicată, sau la generarea traiectoriilor complexe unde trebuie realizate legături cinematice foarte precise între mai multe mişcări (de exemplu, la lanţurile cinematice de filetare, de rulare, de detalonare, etc.). Pentru lanţurile cinematice simple există tendinţa de înlocuire a lor cu sisteme electromecanice, care, prin dezvoltarea electronicii de putere, au ajuns la performanţe superioare sistemelor pur mecanice, în principal privind gabaritul şi asigurarea reglării continue a turaţiei. Aşa cum s-a arătat în capitolul 2, în vederea realizării unei prelucrări prin aşchiere este necesar să se determine mai întâi parametrii regimului de aşchiere v, s şi t, care trebuie să poată fi reglaţi pe maşina-unealtă. Considerând cazul frecvent întâlnit la maşinile-unelte, când mişcarea principală este o mişcare de rotaţie (strunjire, frezare, găurire, rectificare, etc.), viteza de aşchiere se calculează cu relaţia:

v

π d n 1000

 m   min  ,  

(4.12)

în care d [mm] este diametrul piesei sau al sculei şi n [rot/min] - turaţia arborelui principal al maşinii. Diametrul pieselor prelucrate pe o maşină, sau al sculelor utilizate, variază într-un domeniu Dd, d  dmin, dmax  , caracterizat prin raportul de variaţie al diametrelor:

Rd 

dmax  1   10 , dmin

(4.13)

având valori de ordinul unităţilor sau zecilor. De asemenea şi viteza economică variază, pentru diferitele prelucrări care se pot

realiza pe maşină, între două valori limită, v  v min,v max  , pentru care se defineşte raportul de variaţie al vitezei:

Rv 

v max  10 . v min

(4.14)

48 Pentru a acoperi necesităţile diverselor prelucrări, maşina-unealtă trebuie, prin urmare, să asigure reglarea turaţiei între limitele:

n min 

1000  v min π  d max

şi nmax 

1000  v max , π  dmin

(4.15)

pentru care, raportul de variaţie al turaţiei se calculează cu relaţia:

Rn 

nmax  Rv  Rd  10    100 . nmin

(4.16)

Aşadar, la maşimile-unelte, pentru lanţul cinematic principal, domeniul necesar de reglare a turaţiilor este foarte larg, ceea ce impune utilizarea unor mecanisme de reglare MR (cutii de viteze) complexe, care au gabarit şi cost ridicat. După modul de reglare a turaţiei, mecanismele de reglare pot fi împărţite în două grupe: - mecanisme pentru reglarea discontinuă (în trepte) a turaţiei; - mecanisme pentru reglarea continuă a turaţiei (variatoare de turaţie). 4.4.1. Mecanisme de reglare cu reglarea discontinuă a mişcării de rotaţie. 4.4.1.1.Caracteristici cinematice. Mecanismele cu reglarea discontinuă a turaţiei sunt cele mai răspândite la maşinileunelte, sub forma cutiilor de viteze şi de avansuri, a mecanismelor cu roţi de schimb sau a transmisiilor cu curea cu conuri în trepte. Ele primesc la intrare, de regulă, o turaţie unică n0 , şi asigură la ieşire un număr determinat de turaţii fixe (discrete), cuprinse între limitele nmin şi nmax şi etajate după o anumită serie. Datorită reglării discontinue a turaţiei, aceste mecanisme permit realizarea unei viteze economice date doar pentru un număr limitat de diametre prelucrate, egal cu numărul turaţiilor disponibile. Considerând un mecanism de reglare discontinuă care realizează Z turaţii (n1, n2,…, nZ), reprezentarea grafică a relaţiei(4.12) este de forma unui fascicul de drepte care pleacă din origine (fig.4.3). Pentru viteza economică ve, la prelucrarea unei piese cu diametrul d, ar fi necesară o turaţie ne, care nu există în gama de valori a turaţiilor existente. Lipsa turaţiei necesare

Fig.4.3

impune folosirea turaţiilor învecinate, nK sau nK-1. Din studiile efectuate privind consecinţele alegerii celor

49 două turaţii, a rezultat că productivitatea este afectată în ambele cazuri, dar pentru turaţia mai mică rezultă o reducere a costului prelucrării: de aceea, în astfel de situaţii (cele mai frecvente) se recomandă reglarea turaţiei imediat inferioare, nK-1. Prin alegerea turaţiei inferioare prelucrarea se realizează cu o pierdere relativă de viteză de aşchiere, deci de productivitate, dată de relaţia:

v 

v e  v K 1 . ve

(4.17)

Valoarea maximă a pierderii relative de viteză se obţine atunci când ve este foarte aproape de vK, dar, conform recomandării de mai sus, se reglează turaţia nK-1:

v max 

v K  v K 1 nK  nK 1 n   1  K 1 . vK nK nK

(4.18)

Cele mai răspândite legi de etajare a turaţiilor la maşinile-unelte sunt seria geometrică şi seria aritmetică; în unele aplicaţii, la maşini speciale, se pot utiliza şi alte legi, sau turaţiile pot să nu urmeze o lege anume, fiind determinate pe alte principii. În cazul etajării turaţiilor după o serie geometrică cu raţia , şirul valorilor turaţiilor este de forma: n1; n2  n1  ; n3  n2    n1   2;...; nK 1  n1   K 2; nK  n1   K 1;...; nZ  n1   Z 1 Înlocuind în relaţia (4.18) se obţine:

v max  1 

n1  φ K  2 1  1   ct. K 1 n1  φ φ

(4.19)

Dacă turaţiile sunt etajate după o serie aritmetică cu raţia , avem şirul:

n1, n2  n1   , n3  n1  2   ,. . ., nK 1  n1  K  2   , nK  n1  K  1   ,. . ., nZ  n1  Z  1   . Înlocuind în relaţia (4.18), rezultă:

v max 

n1  K  1  δ  n1  K  2  δ δ  . nK nK

(4.20)

Analizând relaţiile (4.19) şi (4.20) se constată că seria geometrică introduce o pierdere maximă de viteză, deci şi de productivitate, constantă, independentă de valoarea turaţiei reglate, pe când seria aritmetică determină o pierdere invers proporţională cu valoarea turaţiei. Deoarece asigură o pierdere de productivitate constantă în tot domeniul de reglare a turaţiei, seria geometrică este recomandată a fi utilizată preferenţial, atât la cutiile de viteze cât şi la cele de avansuri. Seria aritmetică se foloseşte atunci când ea este impusă din alte considerente, cum ar fi la cutiile de filete deoarece gama paşilor standardizaţi este după o serie aritmetică. Valorile raţiilor şi ale turaţiilor de la maşinile-unelte nu se stabilesc la întâmplare, ci se supun şirurilor de numere normale reglementate prin sistemul de standarde ISO. Prin şiruri de numere normale se înţeleg şirurile de numere în progresie geometrică, rotunjite convenţional, având una din raţiile:

φ40  40 10  1,06 ; φ20  20 10  1,12 ; φ10  10 10  1,25 ; φ5  5 10  1,6 , primul termen fiind unitatea.

(4.21)

50 Şirurile cu raţiile de mai sus sunt şiruri fundamentale. Ele se notează cu litera R urmată de indicele radicalului şi sunt şiruri zecimale, care conţin în intervalul [1, 10) un număr de termeni egal cu indicele radicalului. Prin multiplicare sau demultiplicare cu 10, şirurile pot fi extinse oricât de mult este necesar. Din şirurile fundamentale se pot obţine şiruri derivate, considerând termenii din 2 în 2, din 3 în 3, etc. Şirurile de numere normale cele mai folosite, raţiile lor, numărul de termeni în intervalul [1, 10), şi pierderile corespunzătoare de productivitate sunt următoarele: R40 , cu φ40  1,06 ,

40 termeni, având v max  5 % ;

R20 , cu φ20  1,12 ,

20 termeni, având v max  10 % ;

R10 , cu φ10  1,25 ,

10 termeni, având v max  20 % ;

R20 /3 , cu φ20 / 3  1,41, R5 ,

cu φ5  1,6 ,

R20 /6 , cu φ20 / 6  2 ,

6 termeni, având v max  30 % ; 5 termeni, având v max  40 % ; 4 termeni, având v max  50 % .

Şirul R40 conduce la cutii de viteze prea complicate şi neeconomice, de aceea, pentru turaţiile maşinilor-unelte a fost stabilit ca şir fundamental şirul R20, larg folosite fiind R10 , R20/3 şi R20/6 (având raţia turaţiilor motoarelor electrice asincrone). Turaţiile înscrise pe plăcuţele indicatoare ale maşinilor-unelte sunt turaţii normalizate. Datorită dificultăţilor care apar la proiectarea cutiilor de viteze, turaţiile reale nR diferă de cele normalizate nn, eroarea cinematică calculându-se cu relaţia:

ε

nR  nn  100 % . nn

(4.22)

Eroarea cinematică prezintă im-

Fig.4.4

portanţă la normarea tehnică, toleranţa cinematică admisă fiind (+3…-2) [%]. Pe baza relaţiei (4.22) se trasează diagrama erorilor, figura 4.4, care este prezentată în cartea tehnică a maşinii.

4.4.1.2. Structura mecanismelor de reglare. Mecanismele de reglare pentru mişcarea de rotaţie sunt realizate pe bază de roţi dinţate grupate în mecanisme elementare. Un mecanism elementar este format din doi arbori, alăturaţi, unul conducător şi celălalt condus, între care mişcarea se transmite prin intermediul unor angrenaje (perechi de roţi dinţate), având fiecare un raport de transmitere specific, astfel încât, pentru fiecare turaţie a arborelui conducător, la arborele condus se obţin mai multe turaţii ordonate într-o serie geometrică cu o anumită raţie.

Fig.4.4

51 Caracteristicile cinematice de bază ale unui mecanism elementar cu roţi dinţate sunt numărul de turaţii p (egal cu numărul rapoartelor de transmitere distincte realizate) şi raportul de variaţie a turaţiei:

RM 

nmax imax  . nmin imin

(4.23)

Din considerente constructive şi funcţionale rapoartele de transmitere maxim şi minim într-un mecanism elementar sunt limitate. Pentru cutiile de viteze: imax  2 şi

imin  1 / 4 , iar pentru cutiile de avansuri: imax  2,8 şi imin  1 / 5 , astfel încât raportul de variaţie a turaţiei are valorile: - pentru cutiile de viteze: RMV  8 ; - pentru cutiile de avansuri: RMα  14 . Aceste valori sunt mult mai mici decât cele necesare mecanismului de reglare (pentru care Rn  10    100 ), astfel încât este necesar să se utilizeze mai multe mecanisme elementare înseriate. Pentru un mecanism de reglare format din K mecanisme elementare, raportul de variaţie a turaţiei se calculează ca produs al rapoartelor mecanismelor elementare:

Rn  RM1  RM 2    RMK .

(4.24)

Notând cu p1, p2 ,…, pK numerele de turaţii realizate de fiecare din cele K mecanisme elementare, numărul total de turaţii realizate de mecanismul de reglare se poate calcula cu formula:

z  p1  p2    pK .

(4.25)

Dacă cele z turaţii au raţia , pentru ca să nu apară turaţii suprapuse este necesar ca raţiile turaţiilor mecanismelor elementare să se stabilească după următoarea regulă generală: - unul din mecanismele elementare (oricare, de exemplu pj ) trebuie să aibă raţia ; - produsul φ  p j devine raţie la unul (oricare,de exemplu pI)din mecanismele rămase; - produsul φ  p j  pi devine raţie la unul (oricare) din mecanismele rămase; - se continuă astfel stabilirea raţiilor până la epuizarea tuturor celor K termeni. De exemplu, luând termenii la rând şi notând raţiile ca indici, relaţia (4.25) se poate scrie sub forma: z  p1   p2   p1  p3   p1 p 2    pK   p1 p2pk 1 ,

(4.26)

care reprezintă ecuaţia structurală a variantei respective de mecanism de reglare. Ea indică din câte mecanisme elementare este format, câte turaţii realizează fiecare mecanism şi raţiile corespunzătoare. Generalizând, dacă notăm cu x1, x2, …, xK raţiile celor K mecanisme elementare, stabilite după regula generală de mai sus, putem scrie: z  p1 X 1  p2

X2

   pK

XK

,

(4.27)

52 aceasta reprezentând ecuaţia structurală generalizată a mecanismului de reglare, care de fapt exprimă o mulţime de mecanisme de reglare care, teoretic, pot să realizeze cele z turaţii etajate cu raţia . Această mulţime rezultă datorită comutativităţii produsului, care permite permutarea termenilor p1, p2,…, pK din relaţia (4.27), iar indicii x1, x2,…, xK pot fi permutaţi prin însăşi regula de formare. Se poate demonstra că numărul total de variante de mecanisme de reglare (numărul de elemente ale mulţimii) se poate calcula cu relaţia: N

K ! 2 m !  n !  ...

,

(4.28)

în care m, n, … reprezintă numărul de mecanisme elementare de acelaşi tip. Pentru exemplificare, se consideră cutia de viteze din figura 4.5., formată din două mecanisme elementare cu roţi baladoare, având p1 = 2 şi p2 = 3, care realizează z=23 = 6 turaţii. Aplicând regula de formare a indicilor, rezultă două variante de mecanism având ecuaţiile structurale de forma: z  2  32  6 şi z  23  3  6 .

Prin permutarea termenilor (ceea ce fizic înseamnă inversarea locurilor ocupate de cele două mecanisme din fig.4.5.) se obţin încă două variante, având ecuaţiile structurale:

z  3  23  6 şi z  32  2  6 .

Fig.4.5 Numărul total de variante calculat cu relaţia (4.28) este: N

2 ! 2 1!  1!

 4 variante,

aşa cum a rezultat mai sus. Orice ecuaţie structurală poate fi reprezentată grafic sub forma unui graf orientat, care reprezintă reţeaua structurală a mecanismului respectiv. În figura 4.6 sunt prezentate cele patru reţele structurale corespunzătoare ecuaţiilor structurale din exemplul de mai sus. În grafic, dreptele verticale reprezintă arborii, iar cele orizontale turaţiile (distanţate cu raţia ). Graful are o formă simetrică. Reţeaua structurală indică: numărul de mecanisme elementare, numărul de arbori, numărul de turaţii la fiecare arbore, numărul rapoartelor de transmitere şi succesiunea comutărilor pentru realizarea fiecărei turaţii de ieşire. Ea serveşte la alegerea variantei optiFig.4.5

53 me de schemă cinematică,aceasta trebuind să satisfacă o serie de condiţii (restricţii). Diagrama de turaţii este o reprezentare la scară logaritmică a reţelei structurale optime. La etajarea turaţiilor după o serie geometrică, termenul general poate fi scris sub forma:

nK  n1  φK 1 , care prin logaritmare devine:

log nK  log n1  K  1  log

(4.29)

Relaţia (4.29) arată că, pe o axă logaritmică, turaţia nK este distanţată la (K-1) unităţi de măsură egale cu log , faţă de turaţia n1. Aşadar, adoptând o origine comună pentru toţi arborii, se pot reprezenta la aceeaşi scară turaţiile diferiţilor arbori, rezulFig.4.6 tând astfel şi valorile rapoartelor de transmitere. Diagrama de turaţii este o construcţie asimetrică, precis determinată, fără a fi unică, pentru o reţea structurală putând fi trasate mai multe diagrame de turaţii, dintre care se alege cea optimă, dar odată stabilită, ea defineşte complet varianta de mecanism aleasă. În figura 4.7. este prezentată diagrama de turaţii corespunzătoare ecuaţiei

2φ  32φ  6φ . Considerând originea în n0, rapoartele de transmitere pot fi scrise ca puteri ale raţiei , astfel: i11  φ 0  1 ;

i 21  φ  φ ; i 22 1

1 φ 1  φ 1  ; φ

i12  φ 1 

i 23  φ

3

1  3 φ

.

(4.30)

Ecuaţia structurală, reţeaua structurală şi diagrama de turaţii sunt prezentate în cărţile tehnice ale maşinilor-unelte şi definesc complet varianta mecanismului de reglare adoptat. Fig.4.6

Fig.4.7

54 4.4.1.3. Mecanisme elementare pentru realizarea mişcării de rotaţie. Mecanismele pentru realizarea mişcării de rotaţie sunt cele mai utilizate, datorită performanţelor superioare comparativ cu mecanismele pentru realizarea altor tipuri de mişcări. De aceea, chiar dacă mărimea de ieşire dintr-un lanţ cinematic este o mişcare de o altă natură, mărimea de intrare este o mişcare de rotaţie, care este procesată cantitativ prin mecanisme specifice, iar în final este transformată din punct de vedere calitativ (privind natura mişcării). 4.4.1.3.1. Mecanisme elementare pentru reglarea turaţiei. Mecansimele pentru reglarea turaţiei au rolul transmiterii şi regării cantitative a acesteia, pentru realizarea gamei valorilor turaţiilor de ieşire. După natura mecanismelor utilizate, ele por fi împărţite în două grupe: - mecanisme cu conuri în trepte de roţi de curea; - mecanisme cu roţi dinţate (cu angrenaje). Mecanismele cu roţi dinţate sunt cele mai performante, deoarece asigură o precizie cinematică ridicată, permit realizarea de rapoarte de reglare oricât de mari, sau de mici, prin cuplarea lor în serie, asigură cuplarea-decuplarea cu uşurinţă a mişcării, au gabarit şi cost redus şi nu sunt pretenţioase ca întreţinere. Principalele tipuri de mecanisme cu roţi dinţate utilizate pentru reglarea mişcării de rotaţie sunt: mecanismele cu roţi baladoare, mecanismele cu cuplaje, mecanismele cu roţi de schimb, mecanismele cu con Norton, mecanismele cu pană glisantă şi mecanismele cu roţi în meandre. Mecanisme cu roţi baladoare. Prin roată baladoare, sau bloc balador, se înţelege acea roată, sau grup de roţi dinţate, care se poate deplasa axial pe arbore, fiind cuplată permanent cu acesta privind transmiterea mişcării de rotaţie. Se cunosc mai multe variante de mecanisme cu roţi baladoare, după cum urmează. După numărul de roţi din grupul balador, pot fi: - cu o singură roată baladoare; - cu bloc balador dublu; - cu bloc balador triplu. După construcţia blocului balador, se cunosc: - mecanisme cu balador interior; - mecanisme cu balador exterior. După locul de amplasare, baladorul poate fi dispus pe arborele conducător sau pe cel condus. Mecanismul cu balador dublu, interior, montat pe arborele conducător este prezentat în figura 4.8. Blocul balador se compune din roţile dinţate z1 şi z2 glisante de-a lungul arborelui I şi roţile conjugate z3 şi z4 , fixate pe arborele II.

55 Pentru acest tip de balador se pot obţine două turaţii la arborele de ieşire (II), în funcţie de poziţia axială a grupului balador. Rapoartele de transmitere corespunzătoare sunt:

i1 

z1 n1 z n ; i2  2  2 .  z3 n0 z4 n0

(4.31)

Pentru a evita blocarea mecanismului şi a permite schimbarea turaţiei, condiţia care se impune este ca cea de a doua pereche de roţi să intră în angrenare numai după ce prima pereche a Fig.4.8 ieşit din angrenare, astfel încât gabaritul axial al acestui mecanisme rezultă B > 4b, b fiind lăţimea roţilor dinţate. Mecanismul cu balador exterior se obţine dacă se fixează roţile apropiate (z1 şi z2 ), iar roţile z3 şi z4 (distanţate) formează blocul balador, în acest caz gabaritul crescând la B > 6b. Mecanismul cu balador triplu, interior, montat tot pe arborele conducător, este prezentat în figura 4.9 şi este alcătuit dintr-un grup de trei roţi z1 , z3 şi z5 (blocul balador) care se pot deplasa de-a lungul arborelui conducător I. Pentru acest tip de balador se pot obţine trei turaţii la arborele de ieşire (II), în funcţie de poziţia grupului balador, rapoartele de transmitere având Fig.4.8 valorile:

i1 

z1 n1 z z n n  , i2  3  2 , i3  5  3 . z2 n0 z4 n0 z6 n0

(4.32)

Pentru mecanismul cu balador triplu interior este necesar ca roţile z1 şi z5 să treacă peste roata z4 fără să o atingă, această condiţie fiind îndeplinită dacă: Fig.4.9

z3  z4  4 ,

z3  z5  4 .

(4.33)

Gabaritul axial minim al acestui mecanism este B>7b. Datorită creşterii rapide a gabaritului axial cu numărul de roţi baladoare, nu se construiesc blocuri baladoare cu mai mult de trei roţi. Pentru realizarea a patru turaţii se recomandă utilizarea a două baladoare duble, iar pentru cinci turaţii, un balador dublu şi unul triplu. În astfel de cazuri mecanismele de comandă ale baladoarelor trebuie să prevină cuplarea lor simultană. Avantajele acestor mecanisme sunt următoarele: simplitate constructivă, gabarit şi cost redus, rigiditate şi precizie ridicată, manevrabilitate uşoară, timp mijlociu de schimbare a turaţiei; Fig.4.9deoarece angrenează simultan numai roţile care transmit mişcarea, au o uzură redusă şi o funcţionare liniştită.

56 Dezavantajul acestor mecanisme este că roţile nu pot cupla în timpul mersului. Datorită caracteristicilor lor, aceste mecanisme pot lucra la turaţii ridicate şi să transmită cupluri mari, fiind utilizate atât în lanţurile cinematice principale, cât şi în cele de avans, la maşinile universale. Mecanisme cu cuplaje. Mecanismele cu roţi dinţate şi cuplaje constau din mai multe angrenaje la care una din roţi este fixată pe arbore, iar cealaltă se roteşte liber, cuplarea ei cu arborele realizându-se cu ajutorul unui cuplaj. Cuplajele utilizate pot fi cu dinţi sau cu fricţiune (ambreiaje). Cele cu dinţi au un gabarit redus şi pot transmite momente mari, dar nu pot fi cuplate în timpul mersului. Ambreiajele au un gabarit mai mare, dar permit cuplarea sub sarcină şi din mers. Cuplajele pot fi amplasate pe arborele conducător sau pe cel condus, funcţie de tipul cuplajului şi al angrenajului (reductor sau ridicător de turaţie). În figura 4.10 este prezentat un mecanism elementar pentru realizarea a două turaţii. Roţile libere z2 şi z4 pot fi cuplate cu arborele condus II prin intermediul cuplajelor K1 şi K2 , realizate prin deplasarea axială a semicuplajului central K la stânga sau la dreapta, obţinându-se rapoartele de transmitere următoare:

i1 

Fig.4.10

z1 n1  z2 n0

şi i 2 

z3 n2  z4 n0

(4.34)

O variantă a mecanismelor cu cuplaje este cea cu intermediară, prezentată în figura4.11. Intermediara este formată din roţile z2 şi z3 montate fix pe arborele II. La acest mecanism mişcarea n0 se introduce la roata z1 şi poate fi transmisă direct la arborele de ieşire I (dacă este cuplat cuplajul K1 ), sau indirect, prin intermediară (dacă este cuplat cuplajul K2). Cele două rapoarte de transmitere au valorile:

i1 

1 n0  (pentru K deplasat la stânga); 1 n0

i2 

z1 z3 n1   (pentru K deplasat la dreapta). z2 z4 n0

Fig.4.10 Fig.4.11

(4.35)

Raportul i2, fiind obţinut ca produs a două rapoarte, de regulă reductoare având fiecare valoarea minimă ¼, poate avea valoarea minimă: i2 

Fig.4.11

1 1 1   , 4 4 16

57 permiţând demultiplicări ale turaţiei n0, astfel încât acest mecanism este utilizat frecvent pentru extinderea unui domeniu de reglare al turaţiilor de intrare n0. Mecanismele cu cuplaje prezintă dezavantajele că toate roţile dinţate angrenează permanent, determinând uzuri şi zgomot mărit, şi au gabarit mare. O variantă frecvent întâlnită este aceea care utilizează ambreiaje electromagnetice, care permit cuplarea în timpul mersului şi permit automatizarea schimbării turaţiilor. Mecanisme cu roţi de schimb. Mecanismul cu roţi de schimb se compune din doi arbori ficşi I şi II (fig.4.12), între care mişcarea se poate transmite prin una, două sau chiar trei perechi de roţi dinţate schimbabile (în figură, varianta cu două angrenaje de schimb). Arborele intermediar reglabil III este solidar cu culisa blocabilă C, a cărei poziţie x poate fi reglată pe braţul B,articulat pe arborele I şi care la rândul său poate fi poziţionat şi blocat la un unghi , determinând distanţa dintre axe y. Braţul B poartă denumirea de liră a roţilor de schimb şi poate avea diferite forme. Fig.4.12 Cel mai simplu mecanism cu roţi de schimb se obţine atunci când roata z1 angrenează direct cu z4, dar în acest caz rapoartele de transmitere realizate prin schimbarea roţilor sunt limitate de condiţia: z1+z4 = ct., impusă de distanţa dintre axe A=ct. Pentru mecanismul din figură, raportul de transmitere are valoarea:

i

z1 z3   i1  i 2 , z2 z4

iar rapoartele i1 şi i2 pot fi reglate în limite largi, independentă a distanţelor x şi y dintre axe.

(4.36) datorită posibilităţii de reglare

Pentru minimizarea numărului de roţi de schimb, se recomandă ca aceste Fig.4.12având diagrama de turaţii simetrică (fig.4.13). Rapoartele de mecanisme să fie proiectate transmitere fiind de forma:

i1 

1



4

1



1 1 1 1 1 ; i2  3  ; i3  2  ; i9  i8  i7

1 i 4   ; i 5   0  1,  i6 Fig.4.13

(4.37)

numărul de roţi se reduce aproximativ cu 50%.

58 Mecanismele cu roţi de schimb prezintă avantajele că au un gabarit foarte redus la maşină, rigiditate şi precizie cinematică bună, cost mic, posibilităţi largi de reglare cu etajarea turaţiilor după orice serie sau realizarea de turaţii oarecare, putând fi utilizate atât în lanţurile cinematice principale cât şi în cele de avans. Dezavantajele acestor mecanisme sunt că necesită un număr mare de roţi de schimb (accesorii normale ale maşinii) şi un timp mare de schimbare a turaţiei, motiv pentru care se utilizează cu precădere la maşinile spacializate şi speciale, la care turaţiile se schimbă foarte rar. La maşinile universale, se folosesc în vederea extinderii posibilităţilor de reglare ale mecansimelor de bază. Mecanisme cu con Norton. Mecanismul Norton se compune dintr-o grupă de roţi dinţate în trepte z1, z2,…, zm (fig.4.14) fixate pe axul conducător I , şi dintr-un braţ rabatabil B, care poate fi deplasat în lungul arborelui II. Braţul B are două grade de libertate, rotire şi glisare, ceea ce asigură deplasarea roţii z’, aflată în angrenare permanentă cu roata z, de pe arborele II şi angrenarea ei cu oricare din roţile zk ale conului de roţi de pe arborele I.

Fig.4.14 Fixarea braţului B într-o anumită poziţie se poate realiza cu ajutorul indexorului I, care intră într-una din găurile 1,2,…m executate pe capacul C al mecanismului. Ţinînd cont de arborele la care se introduce turaţia de intrare, se poate realiza raportul de transmitere: zk z' zk   , (4.38) z' z z în cazul în care turaţia de intrare n0 se transmite la arborele I, turaţiile n1,…,nm, obţiik 

59 nându-se la arborele II, sau raportul

1 z z' z ,    i k z' zk zk realizat în cazul în care turaţia de intrare n0 se introduce la arborele II, iar turaţiile n1,…,nm, se obţin la arborele I. Mecanismul cu con Norton prezintă avantajele că la un gabarit redus poate realiza un număr mare de turaţii, etajate după o serie oarecare. Ca dezavantaje, datorită braţului mobil B, mecanismul are o rigiditate redusă, ceea ce limitează utilizarea lui numai la cutiile de avansuri (şi filete, mai ales la strunguri). Datorită raportului de reglare a turaţiei relativ redus (2…4), insuficient pentru necesităţilor cutiilor de avansuri, mecanismul Norton se combină cu alte mecanisme, cum sunt cele cu roţi baladoare. Mecanisme cu pană glisantă. Acest tip de mecanism (fig.4.15) este compus dintr-un număr N de roţi dinţate în trepte, montate fix pe unul din arbori, care angrenează cu un număr identic de roţi dinţate montate liber pe celălalt arbore. Acest arbore, II , posedă un canal longitudinal în care,cu ajutorul tijei T, se poate deplasa pana P, ce solidarizează succesiv fiecare din roţi cu arborele.În vederea pătrunderii în canalul de pană din roţi, pana este acţionată de arcul A, iar pentru evitarea cuplării simultane a două roţi şi blocării mecanismului, între roţi sunt prevăzute inelele I. Se pot realiza următoarele rapoarte de transmitere: Se pot realiza următoarele rapoarte de transmitere Fig.4.15

ik 

zk n1...N  . (4.39) zk n0

Mecanismele cu pană glisantă sunt foarte compacte şi permit realizarea unor turaţii oarecare, dar prezintă o rigiditate redusă (datorită arborelui II şi penei P), au gabarit axial mare (datorită tijei T), produc zgomot şi uzuri mari (datorită angrenării permanente a roţilor) şi nu permit schimbarea turaţiilor în timpul mersului. Datorită acestor dezavantaje mecanismul cu pană glisantă este destinat cutiilor de avansuri care transmit puteri mici.

60 Mecanisme cu roţi în meandre. Aceste mecanisme sunt formate din blocuri identice de câte două roţi dinţate za şi zb care sunt în permanentă angrenare (fig.4.16).

Fig.4.16

Un singur grup de roţi dinţate, aflat pe arborele I, este fix, restul roţilor fiind libere. Mişcarea se transmite arborelui IV prin intermediul roţilor zc şi zd , deplasabile axial cu ajutorul braţului B. Pentru poziţiile 1…10 se obţin următoarele rapoarte de transmitere: 4

z    a   zb  3 za za za z b zc z b  za  i2         z b za z b zc zd zd  z b 

z z z z z z i1  a  a  a  a  c  b z b z b z b zc zd zd

2

z    a   zb  1 za z b zc z b  za  i4       z b zc zd zd  z b 

z z z z i3  a  a  c  b z b zc zd zd

z z z z i5  b  a  c  b za zc zd zd

z   a  zb

  

z   a  zb z z z z z i7  b  b  b  a  c  za za za zc zd

z z z z i6  b  b  c  b za zc zd zd

1

   zb zd

z   a  zb z z z z z z z i 8  b  b  b  b  c  b   a za za za zc zd zd  z b

2

   3    z z z z z z z z i 9  a  b  b  b  b  c  b   a Fig.4.16 za za za za zc zd zd  z b

0

i 10

(4.40) 4

   z z z z z z z z z  b  b  b  b  b  b  c  b   a za za za za za zc zd zd  z b

  

5

Se constată că raportele sunt într-o serie geometrică cu raţia  =za / zb. Pentru cazul particular în care za = 2zb şi zb = zd ,se obţine  = 2. Se cunosc mai multe variante constructive de mecanisme cu roţi în meandre, dintre care un interes deosebit îl prezintă cele cu braţ mobil cu un singur grad de libertate (numai deplasarea axială), care au rigiditate mai mare. O primă variantă este aceea la care arborele III este fix, iar roţile zc = zd angrenează pe rând cu roţile za de pe arborii I şi II, turaţiile fiind etajate tot într-o serie geometrică cu raţia  = za / zb. Într-o altă variantă,

61 arborele III lipseşte, iar roata zd angrenează direct cu roţile za de pe arborele II, turaţiile având raţia  = (za / zb )2. Principalul dezavantaj al mecanismelor cu roţi în meandre este rigiditatea scăzută a sistemului de basculare, ceea ce limitează utilizarea mecanismului doar la transmiterea turaţiilor şi puterilor mici. În combinaţie cu mecanismul Norton se utilizează în cutiile de avansuri şi filete.

4.4.1.3.2. Mecanisme pentru inversarea sensului de mişcare. Principalele mecanisme de realizare a inversării sensului de rotaţie sunt: inversoarele cu roţi baladoare, inversoarele cu cuplaje, inversoarele cu roţi dinţate rabatabile şi inversoarele cu roţi dinţate conice. Mecanisme inversoare cu roţi baladoare. Aceste mecanisme sunt formate din roţi dinţate montate pe trei arbori, astfel: roţile z1 şi z4 sunt fixate pe arborele conducător I, roata baladoare z3 - pe arborele de ieşire III şi roata intermediară z2 , cu ajutorul căreia se realizează inversarea sensului - montată pe arborele intermediar II, (fig.4.17). În funcţie de poziţia roţii baladoare z3 se pot obţine două rapoarte de transmitere: - raportul de transmitere direct;

id  -

z1 z2 z1   ; z2 z3 z3

(4.41)

raportul de transmitere invers:

ii 

z4 . z3

(4.42) Raportul de inversare se defineşte cu relaţia:



ii z z z  4 3  4. i d z3 z1 z1

(4.43)

Pentru mecanismul din figură, deoarece z4 z1 rezultă  1. Utilizând un bloc balador cu două roţi dinţate se poate realiza  =1..4.

Fig.4.17

Mecanismul se utilizează atât în lanţurile cinematice principale cât şi în cele de avans.

62 Mecanisme inversoare cu cuplaje. Inversoarele cu cuplaje (fig.4.18) sunt construite asemănător cu mecanismele de transmitere a mişcării cu cuplaje, doar că între cei doi arbori se interpune un arbore intermediar. În funcţie de poziţia cuplajului K se pot obţine rapoartele de transmitere:

id 

z3 z4 z3 z şi i i  1 . (4.44)   z4 z5 z5 z2

Raportul de inversare are expresia:



ii z z  1 5. i d z2 z3

(4.45)

Aceste mecanisme prezintă avantajele şi dezavantajele mecanismelor cu cuplaje şi se utilizează atât în lanţurile cinematice principale cât şi în cele de avans.

Fig.4,18

Mecanisme inversoare cu roţi rabatabile. Aceste mecanisme se pot realiza în mai multe variante, dintre care cea prezentată în figura 4.19 se compune din: roata z1 montată pe arborele fix I, roata z4 pe arborele fix II şi roţile intermediare z2 şi z3 montate pe placa P, care basculează în jurul arborelui condus II cu ajutorul braţului B. Roata dinţată z2 angrenează permanent cu roţile z3 şi z4 . Braţul B poate ocupa trei poziţii, pentru care se obţin rapoarte de transmitere corespunzătoare: -poziţia 1 – pentru rotaţie directă, în care este Fig.4.18 activă numai roata intermediară z2, pentru care:

id 

z1 z2 z1 nd    ; z2 z4 z4 n0

(4.46)

-poziţia 0 – de întrerupere a transmiterii mişcării, pentru care roata z1 nu angrenează cu nici una din roţile intermediare; -poziţia 2 – pentru rotaţie inversă, în care sunt active ambele roţi intermediare, obţinându-se:

ii  Fig.4.19

z1 z3 z2 z1 ni     . z3 z2 z4 z4 n0

(4.47)

Se constată că pentru acest mecanism  = 1.

Mecanismul are gabarit axial mic şi rigiditate redusă, fiind utilizat numai în lanţurile cinematice de avans.

63 Mecanisme inversoare cu roţi conice. Mecanismele inversoare cu roţi dinţate conice (fig.4.20) au în componenţa lor trei roţi dinţate conice: roţile z1 şi z2, monate liber pe arborele I şi roata z3 montată fix pe arborele de ieşire II. Unui sens de rotire al arborelui principal I îi pot corespunde două sensuri de rotaţie ale arborelui de ieşire II, în funcţie de poziţia cuplajului K, adică în funcţie de roata care angrenează cu z3. Rapoartele de transmitere şi cel de inversare au expresiile:

id  Fig.4.20

z1 z ; ii  2 z3 z4

si  

z1 , z2

(4.48)

fiind de regulă unitare.

Dezavantajul acestor mecanisme este acela că au dimensiuni mari în cazul transmiterii unor puteri mari, iar zgomotul produs este mai pronunţat decât la celelalte inversoare. Tehnologic angrenajele conice se realizează mai greu şi la precizie mai scăzută decât angrenajele cilindrice şi, de aceea se preferă utilizarea inversoarelor cu roţi dinţate cilindrice, atunci când este posibil.

Fig.4.20 4.4.2. Mecanisme pentru reglarea continuă a turaţiei. Reglarea continuă a turaţiei este avantajoasă deoarece permite reglarea oricărei turaţii şi realizarea vitezei economice pentru fiecare caz de prelucrare, în limitele funcţionale ale mecanismului. Astfel, conform relaţiei (4.19), pierderea de productivitate pentru etajarea turaţiilor după o serie geometrică are expresia v max  1 

1



, iar pentru

=1 (variere continuă a turaţiei), rezultă Vmax = 0. Variatoarele mecanice de turaţie transmit mişcarea, în general, prin fricţiune, astfel încât, datorită alunecărilor ele nu realizează un raport de transmitere constant, motiv pentru care nu se utilizează la lanţurile cinematice precise. Variatoarele mecanice pot fi cu contact direct între elementul conducător şi cel condus, sau cu contact indirect, prin role, lanţ sau curea. După forma suprafeţelor active de frecare, variatorii pot fi cu elemente plane, conice sau toroidale.

64 Variatoare cu elemente conice. Aceste variatoare pot fi cu un singur element conic (fig.4.21,a), sau mai multe (fig.4.21,b), care produc variaţia turaţiei prin variaţia razei conului în punctul teoretic de contact. In figura 4.21,a se prezintă un variator cu con deplasabil pe o roată plană, care se compune din:1-con conducător;2-inel de fricţiune;3-roată plană;4-arc de compresiune;5şurub de reglare. Inelul 2 este confecţionat dintr-un material cu coeficient mare de frecare, iar forţa necesară de apăsare este dezvoltată de arcul 4.

Fig.4.21 Raportul de transmitere al variatorului este:

ix 

nx Rx x  sin    K  x, n0 R R

(4.49)

în care Rx este raza reglabilă a conului în punctul teoretic de contact N, R este raza cercului mediu de pe suprafaţa de contact a discului, x – deplasarea curentă a conului, semiunghiul la vârf, iar K – factor de proporţionalitate. Valorile extreme ale lui x fiind xmax = H şi xmin = h, raportul total de reglare al variatorului este:

Ri 

imax H   (3... 4) . imin h

(4.50)

În figura 4.21,b este prezentat un variator cu două conuri, având semiunghiurile 1 şi 2, diferite ca mărime. Dacă conul cu unghiul 1 este conducător, raportul de transmitere este:

ix 

nx R1 R R    1. n0 R R2 R2

(4.51)

65

Deoarece R1  x  sin1 ,

R2  H  x   sin 2 , H fiind distanţa dintre vârfurile O1 şi

O2 ale celor două conuri măsurate în lungul generatoarelor paralele, înlocuind în relaţia (4.51) rezultă:

ix 

x sinδ1 .  H  x sinδ2

(4.52)

Cum în general 1 = 2, se obţine: x . (4.53) Hx Datorită efectului dublu al variaţiei deplasării x, aceste variatoare realizează ix 

rapoarte de reglare mai mari decât cele cu reglare simplă, având valoarea Rt  9. Variatoare cu elemente toroidale. În figura 4.22 este prezentat aşa numitul variator Svetozarov, care se compune din: 1 şi 2 – piese cu suprefeţe toroidale; 3 – discuri intermediare, în formă de con. Raportul de transmitere este dat de relaţia:

ix 

R1 , R2

(4.54)

unde R1 şi R2 sunt razele în punctul de contact al elementului conducător 1 şi elementului condus 2. Ţinând cont că:

R1  H  r  sin( θ  δ ) şi R2  H  r  sin( θ  δ ) Fig.4.22

va rezulta că raportul de transmitere este: ix 

H  r  sin  θ  δ  . H  r  sinθ  δ 

(4.55)

Raportul de reglare al acestor variatoare are valoarea Rt = 4…8. Variatorul prezintă o serie de avantaje şi anume: siguranţă în exploatare; rezistenţă la uzură; simplitate constructivă şi o bună stabilitatea a raportului de transmitere. 4.4.3. Mecanisme pentru realizarea mişcării de translaţie. Mişcarea deFig.4.22 translaţie se obţine din mişcarea de rotaţie, utilizând mecanisme de transformare calitativă a mişcării. Deoarece mişcarea de translaţie este o mişcare rectilinie-alternativă, după modul de realizare a inversării sensului de deplasare, aceste mecanisme pot fi: cu autoinversare şi fără autoinversare. Principalele mecanisme utilizate în transmiterea mişcării de translaţie sunt: mecanismul bielă-manivelă; mecanismul culisă-oscilantă; mecanismul şurub-piuliţă; mecanismul pinion-cremalieră şi mecanismele cu camă.

66

Mecanisme bielă-manivelă. Mecanismul bielă manivelă (fig.4.23) este compus din următoarele elemente:1manivelă;2-bielă;3-culisă;4-ghidaj. Dacă manivela se roteşte cu viteza unghiulară constantă , viteza de deplasare a culisei, pe parcursul cursei de lucru AB, variază după curba AMBNA, definită de ecuaţia:

1   v  ω  r   sinφ   λ  sin2 φ  , 2  

(4.56)

unde:  este variabila independentă;  - viteza

Fig.4.23

unghiulară a manivelei de rază r,  - raportul dintre lungimea manivelei şi cea a bielei

λ  r / l  .

Se constată că viteza are o variaţie pronunţată, având aceeaşi formă atât pe cursa de lucru (activă), cât şi pe cea de întoarcere (pasivă). În vederea prelucrării, lanţul cinematic se reglează astfel încât viteza medie pe cursa activă, a cărei valoare în funcţie de viteza tangenţială a manivelei este:

v m  0,637  vT ,

(4.57)

să fie egală cu viteza economică de aşchiere. Variaţia vitezei de-a lungul cursei determină variaţia rugozităţiiFig.4.23 suprafeţei prelucrate. Deoarece vitezele de deplasare pe cele două curse sunt egale, timpul de lucru este egal cu cel de întoarcere, astfel încât productivitatea mecanismului pe ciclu cinematic este de maxim 50%. Acest mecanism se utilizează la maşinile unelte care au mişcarea principală rectilinie: maşinile de rabotat, de mortezat şi la unele maşini de danturat.

Mecanisme cu culisă-oscilantă. Se cunosc mai multe variante ale acestui mecanism, dintre care una este prezentată în figura 4.24, în care s-au notat: 1-manivelă; 2-piatră de culisă; 3-culisă oscilantă; 4-piatră de culisă superioară; 5-culisă de translaţie. Manivela 1 execută o mişcare de rotaţie , şi deoarece excentricitatea e r, culisa 3 va căpăta o mişcare oscilantă cu viteza unghiulară c, dată de relaţia:

ωC  ω 

λ  λ  cos φ  1  2  λ  cos φ  λ 2

(4.58)

în care λ  r / e , e fiind distanţa OO1 dintre axa de rotaţie a manivelei şi axa de oscilaţie a culisei.

67 Mişcarea oscilantă de viteză C a culisei este transformată într-o mişcare rectilinie alternativă de către cupla piatra 4 – culisa 5. Din diagrama de viteze se poate observa că există două curse a căror viteze şi respectiv timp de parcurgere diferă. Astfel, pe porţiunea activă, A’MB’ variaţia vitezei este mai mică decât în cazul mecanismului bielămanivelă, iar la întoarcere viteza maximă este mult mai mare decât în cursa de lucru. De aceea rezultă că timpul de lucru, Taş, este mai mare decât timpul de întoarcere, Tr. Aceşti timpi se calculează cu relaţiile:

1  (4.59) ; Tr  2 ,   unde θ1  π  2  α şi θ2  2  π  θ1  π  2  α . Tas 

Unghiul  se poate calcula din triunghiul O1BO, cu relaţia: r e Calculând productivitatea cinematic, se obţine:

  arcsin .

Fig.4.24

Q

(4.60) pe

1 1    , Tas  Tr 2  Tas   Tas

ciclu

(4.61)

Relaţia (4.61) arată că productivitatea mecanismului cu culisă oscilantă este mai mare decât a celui bielă-manivelă, cu cât  este mai mare. Utilizarea cea mai des întâlnită a acestui mecanism este la realizarea mişcării principale la şepingurile acţionate mecanic.

Mecanisme şurub-piuliţă. Mecanismele şurub-piuliţă sunt întâlnite în două variante: cu şurub lung şi piuliţă scurtă (fig.4.25) şi cu şurub scurt şi semipiuliţă lungă. Funcţional, mecanismul cu şurubpiuliţă din figură are ca element conducător şurubul, care execută mişcarea de rotaţie ns, iar ca element condus piuliţa,care execută mişcarea de translaţie w. Fig.4.25 Fig.4.24

Mărimea de ieşire, viteza avans,w se calculează cu relaţia :

w  ns  p [mm/min],

de

(4.62)

68 de unde rezultă raportul de transfer:

i

w  p [mm], ns

(4.63)

în care nş este turaţia şurubului, iar p - pasul şurubului. Această variantă a mecanismului şurub-piuliţă este cea mai răspândită la maşinileunelte, pentru acţionarea săniilor în mişcări de avans, asigurând o precizie cinematică ridicată.

Mecanisme pinion-cremalieră. Mecanismul pinion-cremalieră (fig.4.26) este alcătuit dintr-o roată dinţată, 1, şi o cremalieră 2. Elementul conducător este roata dinţată, iar elementul care execută mişcarea de translaţie este fie cremaliera, de care se fixează elementul mobil al maşinii, fie roata dinţată atunci când lagărele ei sunt solidare cu elementul mobil al maşinii.

Fig.4.25 Ecuaţia de transfer a acestui mecanism este:

w  π  d p  ns  π  m  z   ns  ns  p  z ,

(4.64)

în care dp este diametrul de divizare al pinionului; m-modulul; z-numărul de dinţi. Raportul de transfer are expresia:

i

w  pz . ns

(4.65)

Fig.4.26 Se constată că raportul de transfer este de z ori mai mare decât la mecanismul şurub-piuliţă, motiv pentru care mecanismul pinion-cremalieră se foloseşte la realizarea deplasărilor de translaţie cu viteze mari (mişcări principale sau de avans, dar de precizie mai redusă). Mecanismul cu cremalieră deplasabilă se utilizează la acţionarea meselor maşinilor de rabotat cu masă mobilă, iar mecanismul cu pinion deplasabil se utilizează la acţionarea căruciorului strungurilor normale. Mecanisme cu camă. Mecanismele cu camă se diferenţiază după tipul de camă utilizată. Astfel există came disc, respectiv mecanisme cu came disc (fig.4.27,a); came plane, respectiv mecanisme cu came plane (fig.4.27,b) şi came cilindrice, respectiv mecanisme cu came cilindrice. Camele disc (fig.4.27,a) au sectorul de lucru profilat, din considerente funcţionale, după o spirală arhimedică cu ecuaţia:

69



ps  , 2

(4.66)

în care Ps este pasul spiralei. Se utilizează această curbă deoarece ea asigură la o viteză unghiulară  constantă a camei, o viteză de translaţie a tachetului w constantă. Într-adevăr, derivând relaţia (4.66) se obţine: d Ps d P    w  s  , dt 2 dt 2 din care rezultă raportul de transfer: w

(4.67)

ps (4.68) ,  2 relaţie asemănătoare mecanismelor şurub-piuliţă. Camele disc şi cele cilindrice au o largă utilizare la realizarea mişcărilor de avans şi i



auxiliare de la strungurile automate şi la realizarea mişcărilor auxiliare la diferite alte maşini-unelte. Camele plane transformă mişcarea de translaţie într-o translaţie după o altă direcţie. Ele au ca profil o dreaptă înclinată cu unghiul , în raport cu direcţia de deplasare, legătura dintre viteza de avans w şi viteza de deplasare vK a camei fiind:

w  v K  tgθ ,

Fig.4.27

(4.69)

raportul de transfer fiind în acest caz:

i

w  tg θ . vK

(4.70)

Camele plane se utilizează la realizarea unor viteze de avans foarte mici.

4.4.4. Mecanisme pentru realizarea mişcării intermitente. Mişcarea intermitentă, sau pas cu pas poate fi o mişcare de rotaţie sau una de Fig.4.27 translaţie. Mişcarea de rotaţie intermitentă se obţine din mişcarea de rotaţie continuă, utilizând mecanisme de transformare cu clichet sau cu cruce de malta, iar mişcarea de translaţie

70 intermitentă se realizează din cea de rotaţie intermitentă, transformând-o în continuare cu ajutorul mecanismului şurub-piuliţă sau pinion-cremalieră. In figura 4.28 este prezentat un mecanism complex pentru realizarea mişcării de translaţie intermitentă, care este compus din următoarele elemente:

Fig.4.28

1-manivelă; 2-bielă; 3-suport oscilant; 4-clichet; 5-roată de clichet; 6-mecanism şurub piuliţă; 7-sanie. Prin antrenarea manivelei cu turaţia n, bara articulată 3 (suportul clichetului) capătă o mişcare oscilantă s , având frecvenţa egală cu turaţia n. Prin acţiunea clichetului asupra roţii de clichet, mişcarea oscilantă este transformată într-o mişcare de rotaţie intermitentă unisens cu pasul s, calculat cu relaţia:

s

p z, zc

(4.71)

în care: p este pasul şurubului, zc – numărul de dinţi ai roţii de clichet, iar z – numărul de dinţi peste care se deplasează clichetul la cursa de întoarcere. Se cunosc diferite variante de mecanisme cu clichet, care permit reglarea pasului, a poziţiei cursei şi a sensului de deplasare. Mecanismele cu clichet sunt utilizate la realizarea mişcărilor de avans intermitent la rabotare, mortezare, la maşinile de rectificat, etc., precum şi a mişcărilor de divizare.

71

4.5. Lanţuri cinematice hidraulice Acţionările hidrostatice s-au impus în acţionarea organelor de lucru ale maşinilorunelte mai ales la realizarea mişcărilor de avans şi auxiliare, dar şi a mişcărilor principale în special pentru obţinerea mişcării de translaţie. 4.5.1. Noţiuni de bază privind acţionările hidrostatice. Prin acţionare hidraulică se înţelege acel tip de acţionare la care transmiterea energiei de la sursă la consumator se realizează prin intermediul unui mediu hidraulic (lichid de lucru). Acţionările hidraulice sunt de trei tipuri: - acţionări hidrodinamice, în care energia se transmite prin intermediul energiei cinetice a lichidului, care circulă cu viteze foarte mari; - acţionări hidrostatice, în care energia se transmite printr-un curent de lichid aflat la presiune ridicată; - acţionări sonice, în care energia se transmite sub formă de unde. Dintre acestea, la acţionarea maşinilor-unelte se utilizează numai acţionările hidrostatice, datorită următoarelor avantaje: - asigură o caracteristică rigidă de acţionare, adică viteza de deplasare nu variază la variaţia sarcinii; - au putere specifică mare, deci gabarit redus; - permit reglarea continuă a vitezei de deplasare şi asigură viteză constantă pe toată lungimea cursei; - permit inversarea comodă a sensului de deplasare cu posibilitatea frânării la capete de cursă; - asigură protecţia la suprasarcini, prin limitarea presiunii maxime de lucru; - permit realizarea unor cicluri de lucru flexibile; - permit comanda de la distanţă şi automatizarea comenzilor. Ca principal dezavantaj trebuie amintită instabilitatea reglajelor datorită variaţiei vâscozităţii lichidului cu temperatura. Structura generală a unei instalaţii hidrostatice de acţionare este prezentată în figura 4.29, în care s-au notat: ME–motor electric;GH–generator hidraulic (pompă);RH–receptor hidraulic (motor);OLMU–organul de lucru al maşinii-unelte; aparataje diverse. Motorul electric antrenează pompa cu puterea mecanică MP  nP , pe care aceasta o converteşte în putere hidraulică QP  pP (debit şi presiune). Deoarece QP şi pP de regulă nu satisfac cerinţele de alimentare ale motorului hidraulic, în circuitul hidraulic se amplasează diverse aparate care transformă parametrii QP , pP în QM , pM, comandă ciclul de lucru, etc. Puterea hidraulică cu parametrii QM , pM este convertită din nou în putere mecanică MM , nM, la parametrii necesari acţionării maşinii (OLMU). Într-o instalaţie hidrostatică are loc deci o

72 dublă conversie de energie, care se justifică atunci când avantajele sunt preponderente.

Fi Fig.4.29 Pompele hidrostatice sunt maşini hidraulice volumice, care generează debitul QP la presiunea pP prin variaţia volumului unor camere transportoare de lichid. După principiul constructiv, ele pot fi: cu roţi dinţate, cu pistoane axiale sau radiale, cu palete, etc., iar după caracterul debitului QP există: pompe de debit constant, reglabil şi reversibil. În figura 4.30 este prezentat principiul pompelor cu roţi dinţate cu angrenare exterioară, care se compun din următoarele elemente: 1–corpul pompei;2–rotor conducător;3–capace laterale;4–rotor condus. Corpul pompei este prevăzut cu un alezaj de formă complexă care cuprinde roţile dinţate pe contur, mai puţin în zonele de intrare şi ieşire a dinţilor din angrenare, Fig.4.29 unde sunt prevăzute camerele de absorbţie A şi de refulare R. Roţile 2 şi 4 sunt cuprinse frontal între capacele laterale 3. Prin rotirea roţilor, la ieşirea dinţilor din angrenare lichidul este absorbit în golurile dintre dinţi Fig.4.30 (camerele de pompare), fiind transportat apoi pe periferia rotoarelor până în partea opusă, unde, prin intrarea dinţilor în angrenare este refulat. Aceste pompe realizează debite constante la presiuni mici şi sunt cele mai răspândite, fiind ieftine. În figura 4.31 este prezentat principiul pompelor cu pistoane axiale cu bloc înclinat, care se compun din:1-disc de antrenare;2-biele;3-pistoane axiale;4-

Fig.4.30 Fig.4.31

blocul pistoanelor; 5-disc de distribuţie. Blocul pistoanelor se roteşte odată cu discul de antrenare şi, fiind înclinat cu

73 unghiul  faţă de acesta, determină deplasarea axială a pistoanelor şi prin aceasta variaţia volumului camerelor de pompare, realizând absorbţia şi refularea lichidului. Debitul poate fi calculat cu o relaţie de forma:

 d2

 D  z  n  sin , 4 în care z reprezintă numărul pistoanelor, iar n – turaţia de antrenare. QP 

(4.72)

Aceste pompe realizează debite mijlocii (10 l/min.) la presiuni mari (100 bari). Dacă  este constant, debitul este constant; dacă  este reglabil, debitul este variabil; dacă  poate schimba şi semnul, debitul este reversibil. Aceste maşini hidraulice sunt folosite frecvent şi ca motoare rotative, realizând performanţe foarte bune. În figura 4.32 este prezentat principiul pompelor cu palete cu circulaţie exterioară, care sunt compuse din:1-stator,2-rotor;3-palete radiale mobile;4-capace laterale. Rotorul este aşezat excentric faţă de stator, astfel încât pentru rotaţia pe 180

volumul

camerelor

de

pompare

creşte,

realizându-se faza de absorbţie, iar pe celelalte 180 volumul camerelor de pompare scade, realizându-se faza de refulare. Aceste pompe realizează debite mari (10…100 l/min.), la presiuni mici-mijlocii (10…100 bari). Pot fi de debit constant (excentricitatea e = ct.), variabil (e – reglabilă, sau reversibil (e – schimbă semnul). Fig.4.32

Se utilizează atât ca pompe cât şi ca motoare.

Simbolurile convenţionale de reprezentare în schemele hidraulice sunt (fig. 4.33):

Fig.4.32

Fig.4.33

Motoarele hidraulice sunt maşini hidraulice care convertesc energia hidraulică în energie mecanică. După natura mişcării realizate, motoarele hidraulice se clasifică astfel: - pentru mişcarea de rotaţie:

74 - continuă – motoare rotative; - oscilantă – motoare oscilante; - pas cu pas – motoare pas cu pas; - pentru mişcarea de translaţie: - alternativă - motoare liniare (cilindrii); - pas cu pas – motoare pas cu pas. Cele mai răspândite sunt motoarele liniare şi motoarele rotative. Motoarele rotative – derivă din pompele volumice cunoscute, care alimentate la o

Q ; volumul specific v V (sau cilindreea) poate fi constant sau reglabil. Simbolizarea lor este prezentată în figura presiune p şi un debit Q dezvoltă un moment M  k  p şi o turaţie n 

4.33. Motoarele liniare, sau cilindrii-hidraulici, sunt şi ele de mai multe tipuri, cele mai răpândite fiind prezentate în figura 4.34. Alimentate la o presiune p şi un debit Q, ele dezvoltă o forţă F  Sa  p şi o viteză v 

Q (Sa fiind suprafaţa activă). Sa

Fig.4.34 În figura 4.34 sunt prezentate următoarele tipuri de motoare liniare: a) – motor cu piston cu tijă unilaterală, cu simplă acţiune (acţionare unisens); b) – motor cu piston cu tijă unilaterală, cu dublă acţiune; realizează viteze şi forţe diferite pentru cele două sensuri de deplasare; c) – motor cu plunjer; realizează deplasare unisens; d) – motor cu tije bilaterale, cu dublă acţiune; dacă secţiunile tijelor sunt egale, rea-

75 lizează aceeaşi viteză şi forţă de deplasare în ambele sensuri; e) – motor telescopic; realizează o lungime a cursei Lc multiplicată de z ori faţă de lungimea l a motorului (z fiind numărul de cilindrii). Aparatajul pentru reglarea presiunii, sau supapele, după rolul funcţional pot fi: de siguranţă (de limitare a presiunii); de reducere şi stabilizare a presiunii; de comutaţie şi de sens. În figura 4.35,a este prezentată simplificat o supapă pentru limitarea presiunii cu comandă directă. Ea se compune din:1-corp; 2-ventil; 3-arc; 4-capac; 5-şurub de reglare. Aceste supape sunt normal închise, deoarece sub acţiunea arcului ventilul închide trecerea lichidului prin supapă. Dacă presiunea depăşeşte valoarea limită, forţa hidrostatică ce acţionează asupra ventilului:

Fh 

 d2 4

p  Fa ,

(4.73)

Fig.4.35 devine mai mare decât forţa arcului Fa, ventilul se ridică şi lichidul este deversat la rezervor. Prin reglarea forţei arcului de la şurubul 5, se reglează valoarea presiunii de deschidere. Supapele de siguranţă se montează întotdeauna pe conducta de refulare din pompă, în paralel către rezervor. Simbolul convenţional de reprezentare este redat în figura 4.35,b. Se constată că presiunea de comandă px = p, iar conducta de drenare a pierderilor Tx se leagă la cea de ieşire spre rezervor. În figura 4.35,c este redat simbolul unei supape de reducere a presiunii. Ea este o supapă normal deschisă, care se leagă între circuitul primar, având presiunea p1 > p2, şi cel secundar, în care se stabilizează presiunea (p2 = ct.). Comanda de închidere a supapei Fig.4.35 când p2 creşte se realizează din circuitul secundar (px = p2), iar drenarea Tx este externă.

76 Supapele de comutaţie sunt asemănătoare cu cele de presiune, având însă presiunea de comandă px aplicată din exterior. O supapă normal închisă, la o comandă exterioară, se deschide şi conectează circuitul de intrare la cel de ieşire; o supapă normal deschisă, se închide la comanda exterioară şi deconectează circuitele. Supapele de sens au rolul de a permite trecerea lichidului numai într-un singur sens. În figura 4.35,d sunt prezentate simbolic o supapă de sens unic şi una deblocabilă, care la o comandă exterioară permite trecerea lichidului şi în sens invers. Reglarea debitului Q în circuitele hidraulice se poate face prin două metode principial diferite: prin pompă (reglare volumică) şi cu ajutorul rezistenţelor hidraulice (reglare rezistivă). Reglarea volumică a debitului se poate realiza numai la circuitele alimentate de pompe de debit variabil, care, fiind mai scumpe, se utilizează doar la circuitele de putere mare. Reglarea rezistivă se utilizează la circuitele de putere mică, atunci când pompa care alimentează circuitul este de debit constant. Metoda presupune introducerea în circuit a unor aparate din grupa rezistenţelor hidraulice, destinate special reglării debitului. Aparatajul pentru reglarea debitului se poate grupa în: rezistenţe fixe; rezistenţe reglabile (sau drosele); regulatoare de debit şi divizoare de debit. Cele mai utilizate sunt droselele şi regulatoarele de debit. Droselele sunt rezistenţe reglabile prin modificarea secţiunii de trecere a lichidului. După forma secţiunii de drosare, se cunosc mai multe tipuri, dintre care cele mai răspândite sunt: cu vârf conic (fig.4.36,a) şi cu pistonaş (fig.4.36,b). Mărimea debitului reglat se calculează cu o relaţie dedusă din ecuaţia lui Bernoulli, şi anume:

Q  K  α  Sdr  pdr ,

(4.74)

în care K este un coeficient funcţie de mediul hidraulic utilizat,  - coeficient funcţie de forma secţiunii de drosare, Sdr – aria secţiunii de drosare, pdr – căderea de presiune pe drosel.

Fig.4.36 Deoarece debitul reglat depinde şi de pdr, care poate să varieze cu variaţia sarcinii

77 la motor, rezultă că un drosel permite reglarea debitului prin modificarea secţiunii Sdr, dar nu stabilizează debitul reglat. Regulatoarele de debit, sau stabilizatoarele de viteză, sunt aparate hidraulice alcătuite dintr-un drosel Dr şi o supapă regulatoare SR care are rolul stabilizării căderii de presiune pe drosel, şi prin aceasta a debitului reglat prin drosel. În figura 4.37 este prezentat simbolul convenţional, desfăşurat şi simplificat, al celui mai răspândit regulator de debit, cel cu două căi, la care supapa regulatoare SR este de tip normal deschisă şi legată în serie cu droselul. Comandată de căderea de presiune pe drosel, supapa introduce în circuit o rezistenţă suplimentară care variază invers faţă de sarcină, stabilizând debitul reglat. Aparatajul de distribuţie (distribuitoarele) are rolul de a comanda circulaţia lichidului prin închiderea-deschiderea trecerii acestuia pe diferitele circuite ale instalaţiei. Cele mai răspândite sunt distribuitoarele cu sertar circular cu Fig.4.37 comutare prin translaţie, al căror principiu constructiv şi funcţional este prezentat în figura 4.38, în care s-au notat: 1-corp; 2-sertar; 3-rondele; 4-arcuri; 5-capace. În corpul distribuitorului este practicat un alezaj în care se introduce cu joc foarte mic sertarul 2. Tot în corp sunt practicate găurile de legătură la circuitele exterioare controlate: P – pompă; A şi B – ieşiri spre circuit; T – retur la rezervor. Pentru fiecare gaură, în corp este practicat câte un canal circular C, care determină poziţia muchiilor active interioare. Sertarul 2, având mai multe pistoane şi mai multe muchii active, este menţinut în poziţia centrală datorită rondelelor 3 Fig.4.37 şi arcurilor 4. Datorită poziţiilor relative ale muchiilor active a, b, c şi d din corp şi de la sertar, circulaţia lichidului prin distribuitor este blocată total. Dacă se trimite lichid sub presiune pe orificiul de comandă c1, sertarul se deplasează la dreapta şi se deschid căile

Fig.4.38

78 de trecere a lichidului la muchiile a şi d, astfel că lichidul poate circula de la P la A şi de la B la T. Comandând pe orificiul c2, sertarul se deplasează spre stânga şi se deschid căile la muchiile b şi c, lichidul circulând de la P la B şi de la A la T. Dacă ieşirile A şi B sunt legate la un motor, se inversează sensul de deplasare a acestuia. Simbolul convenţional al distribuitorului este prezentat alăturat în figura 4.38, pentru fiecare poziţie fiind indicate, cu linii subţiri, legăturile interioare care se realizează. Denumirea lui completă este următoarea: distribuitor 4/3 (cu patru căi şi trei poziţii), îndeplinind funcţiunile de pornire-oprire şi inversarea sensului (inversor indirect), comandat cu arcuri şi hidraulic prin comandă directă. În figura 4.38 jos sunt prezentate şi alte tipuri de distribuitoare uzuale: distribuitor 2/2 (robinet) cu comandă mecanică cu arc şi cu camă; distribuitor 4/2 cu comandă musculară şi reţinere pe poziţie; distribuitor 4/3 cu comandă pilotată electrohidraulică (cu electromagneţi şi hidraulic indirect). Grupa echipamentului auxiliar conţine o serie de alte elemente necesare realizării unei instalaţii hidraulice, şi anume: rezervoarele de lichid, filtrele, elemente de legătură (conducte, racorduri), schimbătoare de căldură, etc. Ca aparate de măsură şi control se utilizează: manometre şi traductoare de presiune, debitmetre, contoare şi termometre. Instalaţiile hidraulice se reprezintă grafic prin schemele hidraulice, în care elementele componente sunt reprezentate cu simboluri convenţionale specifice. 4.5.2. Lanţuri cinematice hidraulice principale. În lanţurile cinematice principale, acţionările hidraulice sunt mai puţin răspândite decât cele electromecanice, datorită faptului că permit reglarea turaţiei (sau vitezei) în limite mai restrânse, sunt mai scumpe şi mai pretenţioase în exploatare şi întreţinere. Totuşi, ele sunt utilizate, singure sau în combinaţie cu mecanisme mecanice (formând lanţuri cinematice hidromecanice), la unele strunguri, la acţionarea meselor maşinilor de rabotat longitudinale, a maşinilor de broşat, etc. Deoarece lanţurile cinematice principale necesită puteri mari (curent1…100[kW]), reglarea turaţiei sau a vitezei pe cale hidraulică se realizează deseori prin reglarea volumică a debitului, utilizând maşini hidraulice reglabile în cadrul unor instalaţii denumite variatoare hidrostatice de turaţie (sau viteză). După posibilităţile de reglare, variatoarele hidrostatice sunt de trei tipuri: - variatoare cu reglare primară, la care turaţia motorului de cilindree constantă, se reglează prin reglarea volumică a debitului prin pompă, pe baza relaţiei:

n

Qp reglabil VM cons tan t

;

(4.75)

- variatoare cu reglare secundară, care sunt dotate cu pompă de debit constant, iar reglarea turaţiei se realizează prin reglarea volumului specific (cilindreea)al motorului, pe baza

79 relaţiei:

n

Qp cons tan t VM reglabil

;

(4.76)

- variatoare cu reglare mixtă, la care atât pompa cât şi motorul sunt maşini reglabile, reglarea turaţiei realizându-se pe baza relaţiei:

n

Qp reglabil VM reglabil

;

(4.77)

Variatoarele cu reglare simplă (primară sau secundară) asigură un raport de variaţie al turaţiei mai redus (Rn = 8…10), iar cele cu reglare mixtă un raport mai mare (Rn = 20…25). După modul de circulaţie a lichidului prin instalaţie, variatoarele hidrostatice pot fi cu circuit închis (fără rezervor, lichidul fiind recirculat continuu, având totuşi un rezervor de volum mic pentru compensarea pierderilor volumice din instalaţie), sau cu circuit deschis, prevăzute cu un rezervor dimensionat corespunzător în care lichidul, după întoarcerea din instalaţie, este stocat un anumit timp în vederea răcirii, după care este reintrodus continuu în instalaţie. În figura 4.39 este prezentată schema hidraulică a unui variator hidrostatic cu circuit închis, compus din următoarele elemente: PR – pompă reglabilă reversibilă; Ff1 , Ff2 – filtre fine de presiune; Ss1…Ss8 – supape de sens unic; SL – supapă de siguranţă; MHL – motor hidraulic rotativ, reglabil, dublu sens de rotaţie (reversibil); T – rezervor de compensare a pierderilor volumice; MHL – motor hidraulic liniar; M - masa maşinii; O1 , O2 – opritoare (limitatoare de cursă). Supapele de sens reprezentate în schemă îndeplinesc funcţiuni diferite, după cum urmează: - Ss1 şi Ss2 – asigură separarea circuitului de refulare de rezervorul de compensare T, fiecare pentru câte un sens de deplasare; - Ss3 şi Ss4 – asigură circulaţia unisens a lichidului prin filtre, în condiţiile în care lichidul circulă prin instalaţie în ambele sensuri, evitând astfel reintroducerea în instalaţie a impurităţilor reţinute de filtre (care lucrează deci separat, succesiv, pentru fiecare sens de deplasare); - Ss5…Ss8 – realizează o punte de supape având Fig.4.39

scopul asigurării circulaţiei unisens a lichidului prin supapa de limitare a presiunii SL, indiferent de sensul de circulaţie al lichidului în instalaţie.

80 În schemă sunt prezentate, de fapt, două variante de variator: - varianta de bază, care permite reglarea mixtă a turaţiei n, - iar cealaltă variantă, care permite acţionarea mesei M într-o mişcare de translaţie alternativă, reglarea vitezei v realizându-se prin pompă (reglare primară), iar inversarea sensului de deplasare având loc tot prin pompă (care este reversibilă), comandată de limitatorii de cursă O1 şi O2, a căror poziţie determină de asemenea poziţia şi lungimea cursei.

4.5.3. Lanţuri cinematice hidraulice de avans. În lanţurile cinematice de avans acţionările hidraulice sunt utilizate frecvent, datorită avantajelor acestora, care sunt valorificate mai bine la astfel de mişcări. Mişcările de avans sunt adesea mişcări de translaţie alternativă, sau pas cu pas, pentru care acţionările hidraulice sau hidromecanice asigură performanţe foarte bune. În cazul mişcărilor de avans de rotaţie continuă acţionările hidraulice sunt mai puţin utilizate, cu excepţia sistemelor automate de reglare. Datorită puterilor mici necesare în lanţurile de avans (sub 1[kW]), instalaţia hidraulică este prevăzută, de regulă, cu pompe de debit constant, reglarea vitezei sau a turaţiei realizându-se prin reglarea rezistivă a debitului. Datorită instabilităţii vitezei de deplasare, datorată în principal modificării debitului reglat ca urmare a variaţiei vâscozităţii lichidului cu temperatura, sistemele hidraulice de acţionare (deschise, de comandă) nu pot fi utilizate pentru generarea traiectoriilor complexe, care necesită coordonarea cinematică precisă a mai multor mişcări. Ele se utilizează mai ales la realizarea mişcărilor de avans simple, la care precizia de realizare a traiectoriei este determinată de precizia cuplelor sanie-ghidaj şi fus-lagăr, iar stabilitatea vitezei de deplasare nu prezintă o importanţă deosebită. La mişcările care necesită o stabilitate ridicată a vitezei de deplasare, mai ales la viteze mici şi foarte mici, se poate recurge la reglarea volumică a debitului, prin utilizarea pompelor de dozare, sau a sistemelor de reglare automată (cu buclă de reacţie). Schemele hidraulice pentru realizarea mişcărilor de avans sunt de o diversitate foarte mare, prezentarea acestora depăşind spaţiul acestei lucrări. În figura 4.40 este prezentată o schemă frecvent utilizată pentru deplasarea unei unităţi de lucru, având ciclul de mişcări format din: AR – apropiere rapidă; AT – avans tehnologic; RR - retragere rapidă. În schemă s-au notat: Fs1,Fs2 –filtre sorb; Pc1,Pc2 – pompe de debit constant; Sm1, Sm2 – supape maximale; Ff – filtru fin; Ss1, Ss2 – supape de sens; DHS1, DHS2 – distribuitoare cu sertar; RD – regulator de debit; MHL – motor hidraulic liniar, E1…E4 – electromagneţi de comandă; Sc – supapă de reţinere. În figură este prezentată şi ciclograma de comandă a distribuitoarelor pe fazele ciclului de lucru. Pentru un randament ridicat, în schemă se utilizează două pompe de debit constant: Pc1 – de debit mare şi presiune mică, reglată la Sm1, pentru deplasări rapide şi Pc2–

81 pompă de debit mic şi presiune mare, reglată la Sm2, pentru faza tehnologică. În fazele de deplasare rapidă, presiunea necesară acţionării fiind mai mică decât cea reglată la Sm1, aceasta nu se deschide, dar prin deschiderea supapei de sens Ss1 debitul pompei Pc1 va fi trimis spre circuit, cumulat cu debitul pompei Pc2, asigurând viteză mare de deplasare. În faza tehnologică, prin comanda E3 debitul refulat din motor este obligat să treacă prin regulatorul de debit RD, presiunea de acţionare creşte, iar supapa Ss1 se închide şi separă pompa Pc1 de circuit, aceasta deversând la rezervor prin supapa Sm1. O largă utilizarea o au acţionările hidraulice la realizarea mişcărilor auxiliare ale maşinile-unelte, care, în general, nu ridică pretenţii deosebite privind precizia sau stabilitatea. Sistemele hidraulice de acţionare (de tip deschis) sunt frecvent utilizate la acţionarea dispozitivelor de lucru, la realizarea mişcărilor de poziţionare, de deplasare rapidă, la blocarea diverselor subansambluri ale maşinii în scopul eliminării jocurilor şi creşterii rigidităţii sistemului tehnologic de prelucrare, etc. Schemele hidraulice pentru realizarea mişcărilor auxiliare sunt,în general,scheme simple, fiind utilizate pompe de debit constant cu performanţe reduse, reglarea debitului (atunci când este cazul), realizându-se cu ajutorul droselelor. Deoarece mişcările auxiliare se execută în afara procesului de prelucrare (ele nu se suprapun cu mişcările de lucru), pentru reducerea costurilor, circuitele auxiliare sunt alimentate frecvent de la grupurile de pompare ale mişcărilor de lucru. Fig.4.40

82

4.5.4. Sisteme automate hidraulice. Sistemele automate hidraulice şi-au găsit aplicaţii în domeniul maşinilor-unelte la construcţia dispozitivelor de copiat, iar mai recent la sistemele de reglare automată a mişcărilor de avans, mai ales la cele adaptive. Dispozitivele hidraulice de copiat fac parte din grupa sistemelor automate de urmărire, la care mărimea de ieşire urmăreşte, cu o anumită precizie, mărimea de intrare, realizând şi o amplificare de forţă de 103…104 ori. Ele servesc la transpunerea unui profil materializat pe un şablon, sau pe un model, pe piesa de prelucrat. De regulă se copiază curba generatoare (la strunjiri, rabotări), uneori fiind reproduse ambele curbe (G şi D), cum este cazul dispozitivelor de copiat suprafeţe spaţiale complexe prin frezare.

zfig.4.41

Elementul esenţial al unui dispozitiv hidraulic de copiere este traductorul de urmărire, realizat sub forma unui distribuitor cu sertar având: una, două sau patru muchii active. După numărul axelor de urmărire, dispozitivele de copiat pot fi: pe o axă, pe două sau pe trei axe (coordonate). În figura 4.41 este prezentat un dispozitiv de copiat hidraulic după o coordonată, cu o singură muchie activă, destinat copierii pe strung. Dispozitivul propriu-zis este alcătuit din: distribuitorul de urmărire

DU şi motorul hidraulic de copiere MHC. Distribuitorul de urmărire DU este format din corpul distribuitorului, C, fixat de cilindrul motorului, sertarul SU, cu o muchie activă, arcul A şi palpatorul Pa aflat în contact cu şablonul Ş. Motorul de copiere MHC este cu piston cu tijă unilaterală fixă, cu alimentare prin tijă. În piston este practicată o gaură de diametru mic care constituie o rezistenţă hidraulică fixă, R. Suportul port-cuţit SP este fixat pe cilindrul motorului, iar întregul dispozitiv se montează pe sania transversală a căruciorului strungului, înclinat cu unghiul . Alimentarea dispozitivului se realizează de la un panou hidraulic amplasat lângă strung, alcătuit din rezervorul T, pompa de debit constant PC, supapa maximală Sm, filtrul sorb Fs şi cel fin Ff. Debitul pompei QP este mai mare decât cel acceptat de motor, QM, în

Fig.4.41

83 timpul funcţionării dispozitivului, astfel că supapa maximală Sm se deschide şi stabilizează presiunea de pompare (pp = ct.). De la panoul hidraulic lichidul este introdus prin tija pistonului în camera C2 de unde trece prin rezistenţa R în camera C1, iar de aici, prin fanta de reglare y, se întoarce la rezervor. Debitul tranzitat prin motor, QM, este dependent de deschiderea fantei y. Presiunea din camera C2 este întotdeauna constantă (pp), dar cea din camera C1 este variabilă şi mai mică decât pp, datorită căderii de presiune pe rezistenţa R, dependentă de mărimea debitului QM. Dacă dispozitivul este retras în poziţia superioară, palpatorul Pa nu mai calcă pe şablon şi sertarul SU coboară, închizând fanta (y=0).Pentru y=0,se obţine QM= 0 şi în consecinţă p1=pp. Datorită ariilor active diferite din motor, cilindrul începe să coboare până ce palpatorul atinge şablonul şi determină deschiderea fantei la o valoare de echilibru, y=ye, pentru care deplasarea cilindrului se opreşte, iar debitul QM se stabilizează la o anumită valoare. Pornind mişcarea de avans a căruciorului, wl, profilul şablonului determină ridicarea palpatorului şi creşterea fantei y, astfel că p1 scade, iar cilindrul se deplasează în sus până ce fanta y revine la valoarea iniţială de echilibru, ye, şi aşa mai departe, până la terminarea prelucrării. Dispozitivele de copiere cu o singură muchie activă sunt simple şi ieftine, dar realizează o precizie de urmărire mai redusă decât cele cu două sau patru muchii active. Sistemele de reglare automată a mişcării de avans, se utilizează la unele maşiniunelte automate la care viteza de avans trebuie modificată continuu, în funcţie de evoluţia procesului de prelucrare. Un exemplu tipic în acest sens, îl constituie maşinile-unelte cu comandă adaptivă. Aceste sisteme sunt complexe, conţinând echipamente electronice de urmărire şi comandă a procesului de prelucrare, dar şi elemente de comandă, printre altele, şi sistemele electrohidraulice analogice de tipul distribuitoarelor proporţionale şi al servovalvelor electrohidraulice, precum şi sistemele discrete tip amplificator electrohidraulic pas cu pas . Servovalvele sunt aparate electrohidraulice care convertesc un semnal de intrare electric (curent sau tensiune) într-un semnal de ieşire hidraulic (presiune sau debit), realizând între acestea o dependenţă proporţională. Ele se compun dintr-un distribuitor de precizie cu acoperire zero (muchiile active au aceeaşi poziţie axială) comandat hidraulic printr-un pilot electrohidraulic, având de regulă două etaje de amplificare. Primul etaj, electric, converteşte semnalul electric într-o deplasare proporţională, utilizând în acest scop electromagneţi proporţionali, iar etajul al doilea, hidraulic, converteşte deplasarea într-o variaţie de presiune utilizată în scopul comandării distribuitorului principal. Factorul de amplificare în putere este foarte mare, de 104…106 ori Deoarece servovalvele îndeplinesc simultan funcţiunile de distribuţie (comandă) şi de reglare a debitului către motor, circuitele hidraulice se simplifică, aşa cum rezultă şi din exemplul următor, figura 4.42,în care s-au notat:T–rezervor;Fs–filtru sorb;Pc–pompă de debit constant; Fs–filtru fin; Sm–supapă maximală; SVEH–servovalvă electrohidraulică (cu

84 Ep1,Ep2– electromagneţi proporţionali);MHL–motor hidraulic liniar; SRA,SCA–sistem de reglare sau de comandă automată. Cu o instalaţie de acest tip, utilizând un sistem electronic de reglare sau de comandă a electromagneţilor proporţionale Ep1 şi Ep2, viteza de deplasare v poate fi reglată continuu, în ambele sensuri, sau comandată după un program oarecare implementat în sistemul de comandă. Sevovalvele electrohidraulice şi amplificatoarele electrohidraulice pas cu pas, împreună cu echipamentele electronice de comandă, asigură flexibilitate maximă maşinii-unelte, dar sunt scumpe şi pretenţioase în exploatare.

Fig.4.42

Fig. 4.42

85

5. Maşini-unelte: prezentare, scule, accesorii, prelucrări specifice. 5.1.

Definirea şi clasificarea maşinilor-unelte.

Maşinile-unelte fac parte din grupa mai largă a maşinilor de lucru, care cuprinde toate maşinile destinate efectuării unor activităţi diverse de prelucrare (prin diferite metode), de montaj, ambalare, etc. Maşinile-unelte sunt maşini de lucru destinate prelucrării pieselor prin metoda aşchierii. Ele deţin ponderea în sectorul construcţiilor de maşini, datorită faptului că metoda de prelucrare prin aşchiere asigură realizarea unei precizii dimensionale şi de formă foarte bune şi rugozităţi dintre cele mai ridicate, pentru majoritatea materialelor actuale, realizând productivităţi mai mari şi costuri mai reduse decât multe alte metode de prelucrare. Datorită existenţei mai multor procedee de prelucrare, diversităţii foarte mari a formelor şi dimensiunilor pieselor prelucrate, şi evoluţiei conceptelor de fabricaţie ale produselor, maşinile-unelte s-au diversificat continuu, în prezent fiind cunoscute mii de tipo-dimensiuni. Clasificarea maşinilor-unelte se poate face după mai multe criterii, cele mai importante fiind prezentate în continuare: - După procedeul de prelucrare, există: maşini de strunjit (strunguri); maşini de găurit; maşini de frezat; maşini de rabotat şi mortezat; maşini de broşat; maşini de rectificat, etc. - După gradul de universalitate (sau specializare în producţie),maşinile-unelte pot fi: - universale – destinate prelucrării unor piese diverse ca forme şi dimensiuni, în condiţiile unei producţii de unicate sau serie mică; permit realizarea unei game largi de operaţii de prelucrare, printr-un procedeu de bază sau prin diferite procedee de prelucrare; dispun de o cinematică complexă, cu posibilităţi largi de reglare a parametrilor de lucru; în general sunt deservite manual şi au o productivitate redusă; - specializate – destinate prelucrării unui anumit tip de piesă, sau de suprafaţă, într-o gamă largă de dimensiuni (de exemplu: maşini de filetat, de danturat, de detalonat, etc.), într-o producţie de serie, dar şi de unicate; au o cinematică specifică cerinţelor de generare a suprafeţei respective, reglarea parametrilor de lucru, realizânduse prin mecanisme cu roţi de schimb; au o productivitate ridicată; - speciale – destinate prelucrării anumitor suprafeţe, la un anumit tip de piesă (de exemplu: maşinile-unelte agregat), pentru producţia de serie mare; au cinematică şi construcţie specifică, fiind realizate din module normalizate, şi sunt înalt automatizate, realizând productivităţi foarte mari.

86 - După modul de comandă şi deservire (determinat de gradul de automatizare) se cunosc: -

maşini cu comenzi manuale (neautomatizate), la care toate comenzile

sunt date de operatorul uman; sunt, de regulă, maşini universale şi au o productivitate redusă; - maşini semiautomate – la care ciclul de lucru se desfăşoară automat, pe baza unor comenzi interne emise de maşină, dar alimentarea cu semifabricat, evacuarea piesei, reluarea ciclului de lucru, sunt realizate de operatorul uman; sunt, de regulă, maşini specializate; au productivităţi ridicate; - maşini automate – la care toate comenzile şi deservirea se realizează automat, operatorul uman intervenind periodic doar pentru alimentarea cu semifabricate, controlul pieselor şi corectarea reglajelor, schimbarea sculelor, etc.; au o productivitate ridicată, fiind destinate producţiei de serie. După principiul de automatizare ele pot fi: - automate secvenţiale, la care se programează succesiunea fazelor ciclului de lucru, cotele de prelucrare fiind prestabilite prin reglare sau realizate cu limitatori de cursă; elementele de automatizare pot fi mecanice (came), electrice, hidraulice sau pneumatice; - automate numerice – care permit programarea numerică atât a desfăşurării ciclului de lucru, cât şi a cotelor de prelucrare. - După mărime, maşinile-unelte pot fi: mici, mijlocii, grele şi foarte grele, împărţirea fiind determinată de dimensiunile maxime ale piesei de prelucrat, care determină dimensiunile şi greutatea maşinii şi implicit complexitatea cinematică şi mecanismele utilizate, gradul de mecanizare, etc. - După precizie, maşinile-unelte se împart în două grupe: de precizie normală şi de precizie ridicată, la acestea din urmă fiind utilizate soluţii cinematice şi constructive care fac să crească precizia, dar măresc costul.

5.2.

Maşini-unelte pentru strunjit.

5.2.1. Probleme generale, clasificare, scule. Maşinile de strunjit, sau strungurile, sunt maşini-unelte destinate prelucrării suprafeţelor de revoluţie prin procedeul strunjirii (fig.2.3), la care mişcarea principală de aşchiere este o mişcare de rotaţie executată de piesă, iar mişcarea (sau mişcările) de avans este de regulă o mişcare de translaţie executată de sculă, cuţitul de strunjit. Pe lângă procedeul strunjirii, pe strunguri se pot realiza prelucrări şi prin alte procedee, cum ar fi: burghierea (fig.2.7), frezarea (fig.2.6) sau rectificarea (fig.2.9), utilizând scule şi accesorii speciale. Clasificarea strungurilor se poate face după criteriile generale de clasificare a maşinilor-unelte, dar şi după unele criterii specifice, după cum urmează: - după gradul de universalitate, există:

87 -

strunguri universale (longitudinale, frontale, revolver, carusel);

- strunguri specializate (de detalonat, de strunjit arbori cotiţi, de prelucrat suprafeţe poligonale etc.); - strunguri speciale; - după poziţia arborelui principal, se deosebesc: - strunguri orizontale; - strunguri verticale; - după gradul de automatizare, se cunosc: - strunguri cu comenzi manuale; - strunguri semiautomate; - strunguri automate; - după numărul arborilor principali, există: - strunguri monoax; - strunguri multiaxe; - după numărul sculelor utilizate simultan, pot fi: - strunguri monocuţit; - strunguri multicuţite; - după mărime, se deosebesc patru tipuri: mici, mijloci, grele şi foarte grele; -după precizie, strungurile pot fi de precizie normală; sau de precizie ridicată. Sculele pentru strunjit – cuţitele de strung – sunt şi ele de o diversitate foarte mare, aşa cum rezultă din figura 5.1, şi anume:a–cuţit pentru degroşare exterioară, pe dreapta; b,g–cuţite încovoiate;c–cuţit pentru finisare;d–cuţit lat pentru finisare;e–cuţit profilat pentru filetare exterioară; f – cuţit pentru retezare; h – cuţit profilat disc; i – cuţit pentru degroşare interioară; j – cuţit pentru prelucrat canale interioare; k – cuţit pentru filetare interioară.

Fig.5.1

88 Cuţitele de strunjit sunt realizate, de regulă, din oţeluri rapide (Rp1…Rp8), capul sculei obţinându-se prin profilarea corpului sculei (o bară prismatică sau rotundă), în cadrul operaţiei de ascuţire, sau pot fi armate cu plăcuţe din carburi metalice (fig.5.1, l şi m), corpul sculei 1 fiind confecţionat dintr-un oţel de construcţie de calitate, iar plăcuţa 2 fiind fixată pe corp prin lipire sau prin prindere mecanică, cu ajutorul bridei 4, având ca suport o plăcuţă de sprijin 3 cu duritate şi tenacitate ridicată. Plăcuţele din carburi metalice sunt de trei tipuri: P01…P50 – pentru prelucrarea materialelor tenace; K01…K40 – pentru prelucrarea materialelor casante şi M10…M40 – pentru prelucrări diverse.

5.2.2. Strunguri longitudinale. Strungurile longitudinale sunt concepute pentru prelucrarea pieselor de lungime mult mai mare decât diametrul, dar şi a altor forme de piese, fiind strungurile cu cel mai mare grad de universalitate.

5.2.2.1. Principiul constructiv şi cinematic. Principiul constructiv al strungurilor longitudinale este prezentat în figura 5.2. El se compune din următoarele subansambluri principale: I – păpuşa fixă; II – căruciorul; III – păpuşa mobilă şi IV – batiul.

Fig.5.2

89 Principalele părţi componente sunt următoarele: 1–cutie de viteze; 2–arbore principal; 3–dispozitiv de prindere a piesei; 4–suport portcuţit; 5–sanie portcuţit; 6–suport rotativ; 7–sanie transversală; 8–sanie longitudinală; 9–cutie cu mecanisme a căruciorului; 10–pinola păpuşii mobile; 11–corpul păpuşii mobile; 12–placa de bază a păpuşii mobile; 13– piciorul mic al strungului;14–tavă colectoare de şpan;15–bară de avansuri;16–şurub conducător;17–piciorul mare al strungului;18–cutie de avansuri şi filete;19–cutia roţilor de schimb. Organul de lucru principal este arborele principal 2, pe care se montează dispozitivul de prindere al piesei 3 şi care execută mişcarea principală de aşchiere, de rotaţie n. Mişcările de avans pot fi executate de mai multe organe secundare şi anume: - wl – avansul longitudinal, realizat de sania longitudinală a căruciorului, 8; - wt – avansul transversal, realizat de sania transversală 7; - wpc – avansul saniei port-cuţit, executat de sania port-cuţit 5; - wp – avansul pinolei, efectuat de pinola 10. Toate cele patru mişcări pot fi utilizate şi ca mişcări de poziţionare-reglare, atunci când nu sunt mişcări de lucru. Mişcările de poziţionare sunt următoarele: - wp1 – mişcarea de rotaţie a suportului rotativ în jurul unei axe verticale (pentru reglarea direcţiei mişcării de avans wpc); - wp2 – mişcarea de rotaţie a suportului port-cuţit (pentru reglarea unghiului de atac principal funcţional F , sau pentru schimbarea sculei); - wp3 – mişcarea de deplasare transversală a păpuşii mobile (pentru dezaxarea sau centrarea pinolei faţă de axa arborelui principal); - wp4 – mişcarea de poziţionare longitudinală a păpuşii mobile, în funcţie de lungimea piesei prelucrate. Principiul cinematic este reprezentat în aceeaşi figură, prin schema cinematică bloc compusă din: ME – motor electric de antrenare; CV – cutie de viteze; I – inversor; RS – roţi de schimb; CA – cutie de avansuri; CMC – cutia cu mecanisme a căruciorului. Lanţul cinematic principal are formula structurală: ME – CV – arborele principal 2, n, reglarea realizându-se prin cutia de viteze CV. Lanţurile cinematice de avans au următoarea structură: 8, wl – avans de lucru; 15 – CMC 2, n – I – RS – CA 7, wt – avans de lucru; 16 – 8, wl – avans de filetare. Avansurile de lucru se reglează prin cutia de avansuri CA, iar avansurile de filetare prin cutia de avansuri CA şi cu ajutorul roţilor de schimb RS. Inversarea sensului mişcărilor de avans de lucru şi de filetare se realizează prin inversorul I.

90 La strungurile de mărime mijlocie, mişcările de avans wpc a saniei port-cuţit, şi wp a pinolei, se realizează manual. La unele strunguri grele, aceste mişcări pot fi mecanizate. Toate mişcările de poziţionare se realizează manual. 5.2.2.2. Accesorii ale strungurilor longitudinale. Accesoriile maşinilor-unelte sunt dispozitive ajutătoare care nu fac parte din structura de bază a maşinii, ci se montează ocazional, după necesitate, şi îndeplinesc scopuri diverse, precum: - lărgirea posibilităţilor de prelucrare; - creşterea preciziei de prelucrare; - creşterea productivităţii maşinii-unelte; - uşurarea muncii lucrătorului. Ele sunt de două tipuri: - accesorii normale, care se livrează odată cu maşina-unealtă, fiind de utilitate largă privind exploatarea, reglarea, sau întreţinerea maşinii; - accesorii speciale, care se livrează suplimentar, la cerere, fiind necesare numai în unele aplicaţii speciale. Accesoriile normale ale strungurilor longitudinale pot fi grupate astfel: - dispozitive pentru prinderea semifabricatului; - dispozitive pentru prinderea sculei; - roţi de schimb; - truse de chei. Dispozitivele pentru prinderea semifabricatelor servesc la aşezarea acestora pe maşina-unealtă într-o poziţie corectă privind cerinţele prelucrării executate şi care să-i asigure stabilitatea în timpul lucrului, având în vedere forţele de aşchiere. Astfel, piesele scurte ( L  3  d ) pot fi prinse numai în arborele principal, pe când la cele de lungime mare trebuie să se asigure cel puţin încă un reazem suplimentar (în vârful pinolei păpuşii mobile, într-o lunetă, sau în ambele). Pentru prinderea pieselor în arborele principal se utilizează: dispozitivul universal, platourile, bucşele elastice şi dornurile elastice). Dspozitivul universal (fig.5.3) este prevăzut cu trei sau patru bacuri B autocentrante (care se deplasează simultan). Se montează pe capătul arborelui principal al maşinii şi serveşte la prinderea pieselor pe suprafeţe de revoluţie, asigurând centrarea automată a acestora cu arborele principal. Fig.5.3 Permit prinderea pieselor de

91 orice diametru, între un diametru minim (de 1-2 [mm] ) şi un diametru maxim specific, timpul necesar prinderii fiind relativ redus. Prezintă dezavantajul că bacurile iau contact cu piesa pe o suprafaţă mică (au acţiune locală), lăsând amprente nedorite, iar la prelucrarea pieselor cu pereţi subţiri acţiunea locală a bacurilor determină deformaţii elastice ale piesei, care conduc la apariţia unor erori de formă. În figura 5.4. este prezentată o astfel de piesă în trei situaţii: a- înainte de prindere; b-în timpul prelucrării suprafeţei interioare şi c- după Fig.5.4 desprinderea din universal, suprafaţa interioară devenind poligonală, ca urmare a revenirii elastice a piesei. Platourile sau planşaibele sunt dispozitive de prindere prevăzute cu patru bacuri acţionate individual, ceea ce permite fixarea pieselor de formă oarecare sau prinderea lor într-o poziţie excentrică. Timpul de prindere este mare, deoarece fixarea piesei în poziţia corectă, cu o precizie ridicată, necesită reglaje succesive realizate în cadrul unei metode Fig.5.4. specifice de lucru. Bucşele elastice sunt destinate prinderii semifabricatelor de tip bară laminată de dimensiuni mici. După formă, ele sunt de mai multe tipuri, iar după modul de acţionare pot fi: cu acţionare prin tragere sau prin împingere. În figura 5.5. este prezentat un sistem de prindere cu bucşă elastică acţionată prin tragere, compus din: 1-tijă de acţionare; 2-arborele principal al maşinii (sau o bucşă de adaptare); 3-bucşă elastică; 4-semifabricat. Bucşa elastică are practicate trei crestături parţiale dispuse la 120, astfel încât, datorită conului având unghiul , la tragerea axială cu o forţă Fa, se obţine o strângere radială Fr, capabilă să asigure transmiterea unei forţe tangenţiale Ft, între aceste forţe existând relaţiile: Fa  Fr  tg α  φ ; Fr 

K  Ft μ

; (5.1)

în care  este unghiul de frecare,  - coeficientul

Fig.5.5

de frecare, iar K = 1,5…2,5 – coeficient de siguranţă al strângerii.

Avantajele prinderii în bucşă elastică sunt: - forţa de strângere este distribuită aproape uniform pe o suprafaţă mare; - în funcţie de mecanismul de acţionare, se poate asigura o reproducere bună a forţei de strângere de la o piesă la alta;

92 -

timpul de prindere este mic.

Ca dezavantaj, domeniul de extensibilitate radială al bucşei este redus (de regulă 1[mm]), astfel încât, pentru prinderea într-un interval mai larg de diametre, este necesar un set de bucşe. O soluţie alternativă constă în utilizarea bucşelor în trepte, care permit prinderea şi din exterior şi din interior, dar care realizează o prindere mai puţin sigură. Sistemul de prindere cu bucşă elastică se foloseşte la strungurile universale de dimensiuni mici, dar şi la alte maşini cum sunt: strungurile revolver şi automate, maşinile de frezat, etc. Dornurile elastice sunt dispozitive de prindere a pieselor cu pereţi subţiri din interior, principiul de lucru fiind asemănător bucşelor elastice. În figura 5.6. este

Fig.5,6

prezentat un sistem de prindere cu dorn elastic, alcătuit din: 1-arborele principal al maşinii; 2-con

de adaptare; 3-dorn elastic; 4-tijă de acţionare. Dornul 3 prezintă câte trei crestături din fiecare parte, intercalate, astfel încât la tragerea axială asigură o prindere mai uniformă decât bucşa elastică. Vârfurile conice servesc la prinderea pieselor

Fig.5.6.

de lungime mare între vârfuri, utilizând găurile de centrare. Ele se fixează în alezajele tip con Morse din pinolă sau din arborele principal, direct (fig.5.7, b, c), sau indirect (fig.5.7, a) prin intermediul unor bucşe conice denumite reducţii. Vârfurile pot fi întregi (fig.5.7, a) sau cu degajare (fig.5.7, b), acestea permiţând accesul sculelor, la strujirile frontale, până la diametrul găurii de centrare. Pentru prinderea pieselor prevăzute cu vârf conic (nu cu gaură de centrare) se folosesc vârfurile inverse (fig.5.7, c). Datorită împănării pe conul Morse şi construcţiei monobloc, vârfurile de mai sus sunt fixe, iar prin rotirea piesei apar frecări mari între suprafeţele de contact. Pentru eliminarea frecărilor, la turaţii mari se folosesc vârfurile rotative, la care

Fig.5.7

conul Morse este fix, iar vârful de prindere se

93 poate roti faţă de acesta, fiind lăgăruit radial şi axial pe rulmenţi. Lunetele sunt dispozitive ajutătoare, folosite în cazul prinderii pieselor foarte lungi în universal şi prin rezemare în vârful păpuşii mobile, având rolul de a realiza un reazem intermediar cu scopul reducerii deformaţiilor la încovoiere ale piesei, mărindu-I astfel stabilitatea şi crescând precizia de prelucrare. Lunetele sunt de două tipuri: fixe, care se montează pe batiul strungului, realizând un reazem suplimentar fix în trei puncte, şi mobile, care se montează pe cărucior, realizând un reazem mobil în două puncte, situat în dreptul sculei. Cele mobile dau rezultate mai bune, deoarece asigură o rigiditate constantă piesei în timpul prelucrării, pe toată lungimea ei. Flanşele de antrenare se folosesc pentru transmiterea mişcării de rotaţie de la arborele principal la semifabricat, în cazul prinderii acestuia între vârfuri. Roţile de schimb, la strungurile longitudinale, se montează în cutia roţilor de schimb şi servesc la extinderea posibilităţilor de reglare ale lanţului cinematic de filetare. Dispozitivele pentru prinderea sculelor sunt mai simple decât cele pentru piese, cele mai uzuale fiind suporţii port-cuţit şi dispozitivele de filetat cu tarodul şi filiera. Suporţii port-cuţit sunt în principal de două tipuri: suporţi monocuţit schimbabili; şi suporţi tip turelă. Suporţii monocuţit se folosesc la prelucrarea pieselor complexe, unde este necesar un număr mare de scule. Ei se prereglează iniţial într-o anumită poziţie faţă de suportul de bază al strungului, putând fi schimbaţi apoi rapid, prin aceasta reducându-se timpii auxiliari aferenţi. Suporţii tip turelă permit montarea simultană a maxim patru cuţite, care sunt aduse succesiv în lucru printr-o mişcare de divizare realizată pe axa mişcării wp2 ( fig. 5.2). Dispozitivele de filetat cu tarodul şi filiera servesc la fixarea acestora în pinola păpuşii mobile sau pe suportul port-cuţit, şi sunt concepute astfel încât să împiedice rotirea acestora, dar să le permită translaţia liberă (deoarece directoarea este materializată pe sculă). Accesoriile speciale ale strungurilor longitudinale au scopul lărgirii posibilităţilor de prelucrare, cele mai răspândite fiind: - dispozitivele de copiat; - dispozitivele de filetat; - dispozitivele de strunjit suprafeţe sferice; - dispozitivele de frezat; - dispozitivele de rectificat. Dispozitivele de copiat utilizate pe strungurile longitudinale servesc la transpunerea profilului curbei generatoare de pe un şablon (unde se află materializat) pe piesă, metodă utilă în cazul unor generatoare de lungime mare. În figura 5.8 este prezentat un dispozitiv mecanic de strunjit conic montat pe strung.

94 În figură s-au notat: 1-arborele principal al strungului; 2-sania longitudinală a căruciorului; 3-suportul portcuţit; 4-sania transversală; 5-ghidajele de pe batiu ale căruciorului; 6-suportul dispozitivului; 7-riglă de copiere; 8-culisă; 9-suport fixat pe sania transversală. Pentru prelucrarea prin copiere, mai întâi se întrerupe legătura dintre sania transversală şi mecanismul său de acţionare, astfel încât sania să se poată deplasa liber, iar apoi se reglează rigla 7 la unghiul  necesar la piesă. Pornind mişcarea de a-

Fig.5.8

vans wl a căruciorului, culisa 8 urmăreşte canalul riglei 7,deplasând sania transversală în mişcarea wt şi determinând scula să descrie o generatoare înclinată cu acelaşi

unghi . Dacă în locul riglei 7 se montează un şablon profilat, iar în locul culisei 8 o rolă care să urmărească profilul şablonului, se obţine un dispozitiv mecanic de copiat suprafeţe profilate. Acesta are însă performanţe mai reduse decât dispozitivele hidraulice de copiat prezentate în subcapitolul 4.5.4, figura 4.40. Dispozitivele de filetat se folosesc la prelucrarea filetelor cu mai multe începuturi, pentru divizarea pasului filetului, şi sunt de două tipuri: flanşe divizoare şi ceasuri de filetat. Flanşele divizoare se montează pe arborele principal, în locul universalului, şi fac posibilă poziţionarea unghiulară a piesei faţă de arbore în vederea prelucrării succesive a canalelor filetului. Ceasurile de filetare se montează pe cărucior şi sunt cuplate permanent cu şurubul conducător al strungului, indicând poziţiile axiale ale căruciorului în care acesta poate fi cuplat, pentru a realiza divizarea dorită a pasului. Dispozitivele de strunjit suprafeţe sferice se montează Fig.5.8 în locul suportului portcuţit şi permit deplasarea vârfului sculei pe o generatoare de formă circulară, cu posibilitatea reglării razei. Dispozitivele de frezat se montează în locul suportului portcuţit şi permit deplasarea piesei după o direcţie verticală, celelalte două translaţii fiind asigurate de strung. Pentru prinderea piesei dispozitivele pot fi prevăzute cu o masă orizontală (fig.5.9), sau cu un arbore perpendicular pe Fig.5.9 axa strungului şi înclinabil în plan vertical, care poate e-

95 fectua o mişcare de avans circular, sau de divizare, în jurul axei proprii, permiţând prin aceasta prelucrarea unor profile periodice (roţi dinţate, de clichet, axe canelate, etc., pe suprafeţe cilindrice sau conice). Dispozitivele de rectificat se montează în locul suportului portcuţit, şi constau dintr-o broşă de rectificat antrenată în mişcarea principală de un motor electric, printr-o transmisie cu curea. 5.2.2.3. Prelucrări pe strungurile longitudinale. Pe strunguri se efectuează, în primul rând, operaţii de strunjire, dar se pot realiza şi operaţii de debitare, găurire, filetare, frezare, rectificare sau chiar operaţii de fasonare a tablelor. Ponderea mare a operaţiilor de strunjire în cadrul prelucrărilor prin aşchiere, precum şi celelalte operaţii ce se pot realiza pe strungurile universale, fac ca aceste maşini să ocupe unul din cele mai importante locuri în parcul de maşini-unelte. Operaţiile de strunjire sunt acele operaţii care se execută cu ajutorul cuţitelor de strunjit. După poziţia suprafeţelor pe piesa prelucrată, acestea pot fi exterioare şi interioare, iar după formă sunt: cilindrice, conice, profilate şi plane. Suprafeţele cilindrice exterioare şi interioare se realizează utilizând scule specifice, (fig.5.1) care se deplasează în mişcarea de avans longitudinal wl. Suprafeţele plane exterioare şi interioare se realizează utilizând cuţite încovoiate, care execută mişcarea de avans transversal wt de la exterior spre centru, sau invers. Retezarea pieselor se realizează folosind cuţite de retezat, care se deplasează în mişcarea de avans transversal wt. Strunjirea suprafeţelor conice se poate face prin mai multe metode, prezentate în continuare: - Cu generatoare materializată pe sculă, tăişul principal rectiliniu al sculei formând cu axa piesei un unghi de atac funcţional F (reglat prin mişcarea wp2 , fig.5.2) egal cu unghiul generatoarei piesei, şi utilizând mişcările de avans wl sau wt. Metoda se utilizează frecvent la prelucrarea generatoarelor de lungime mică (a teşiturilor), la lungimi mari apărând dificultăţi deosebite. - Prin rotirea saniei portcuţit de la suportul rotativ (mişcarea de poziţionare wp1 , fig.5.2) cu un unghi  egal cu cel al generatoarei piesei şi folosind mişcarea de avans a saniei portcuţit, wpc (fig.5.10). Metoda permite realizarea de suprafeţe conice cu α  45o şi lungimea ge-

Fig.5.10

neratoarei mai mică decât lungimea cursei saniei portcuţit. Prezintă dezavantajele că precizia de reglare a unghiului este redusă, iar avansul manual, fiind neuniform, determină o rugozitate variabilă pe direcţia generatoarei.

- Prin deplasarea transversală a păpuşii mobile (fig.5.11). Piesa se prinde între vârfuri şi este antrenată în mişcarea de rotaţie cu ajutorul unei flanşe de antrenare F

96 (fixată pe arborele principal) şi a antrenorului A (fixat pe piesă), iar păpuşa mobilă se deplasează transversal faţă de placa de bază (mişcarea de poziţionare wp3 , fig.5.2) cu distanţa h calculată cu relaţia aproximativă:

h

obţinută

considerând

Dd L  , 2 l cos α  1.

(5.2) Aproximaţia

este

acceptabilă, deoarece prin această metodă se prelucrează conicităţi mici (max = 6º ). Fig.5.11 - Cu ajutorul dispozitivelor de strunjit conic (fig. 5.8). Strunjirea suprafeţelor profilate se poate realiza prin mai multe metode, şi anume: - cu cuţite profilate (fig.5.1, h), lucrând cu avansul transversal wt (pentru lungimi mici ale profilului); - cu ajutorul dispozitivelor de copiat după şablon (fig.4.41) (pentru lungimi mari ale profilului); Fig.5.11 - cu dispozitive speciale (pentru o anumită formă a suprafeţei, de exemplu sferică). Prelucrarea filetelor pe strung se poate realiza prin două metode: cu scule speciale – tarozi şi filiere, şi cu ajutorul cuţitelor de filetat. Tarozii şi filierele sunt scule profilate pentru prelucrarea filetelor care materializează atât curba generatoare cât şi curba directoare. Pentru filetarea cu tarodul sau filiera, piesa execută mişcarea principală n, iar scula se autoconduce în gaura filetată, astfel încât ambele curbe sunt transpuse de pe sculă pe piesă prin copiere directă. Scula se prinde într-un dispozitiv de filetat, care îi permite deplasarea axială liberă, dar îi împiedică rotaţia. Dispozitivul se fixează în suportul portcuţit, iar căruciorul execută o mişcare de avans longitudinal wl cu un pas mai mic decât cel al filetului prelucrat, diferenţa paşilor fiind compensată de dispozitiv. Filetarea cu cuţite de filetat se realizează cu un cuţit profilat care materializează, parţial sau total, profilul generator, elicea directoare fiind generată pe cale cinematică. Pentru aceasta, piesa execută mişcarea principală n, iar scula, montată direct în suportul port-cuţit, primeşte o mişcare de avans wl cu pas identic cu cel al elicei filetului de prelucrat. Corelarea celor două mişcări în scopul generării cinematice a curbei directoare la parametrii prescrişi, este realizată de lanţul cinematic de filetare, care poate fi evidenţiat în schema cinematică a strungului (fig.5.12) prin următoarea formulă structurală: AP, nP – I – RS – CA – K – ŞC, nş – S,wl şi care are ecuaţia de transfer:

nP  ic  iI  iRS  iCA  ns ,

(5.3)

97 în care: ic reprezintă produsul rapoartelor de transmitere constante; iI – raportul de transmitere al inversorului I; iRS – raportul roţilor de schimb RS; iCA – raportul cutiei de avansuri. Considerând cazul general al prelucrării unui filet cu mai multe începuturi, între pasul filetului p şi pasul elicei directoare pE, există relaţia:

pE  Kf  p ,

(5.4)

în care K reprezintă numărul de începuturi ale filetului.

Fig.5.12 Punând condiţia de generare a elicei directoare:

w l  np  pE  ns  ps .

(5.5)

în care: pş este pasul şurubului conducător, iar nş turaţia acestuia obţinută prin lanţul de filetare, şi ţinând cont de relaţia (5.4), rezultă:

ns pE K  p   . np ps ps

(5.6)

Explicitând din relaţia (5.3) raportul roţilor de schimb iRS şi ţinând cont de relaţia (5.6), se obţine formula de reglare a lanţului cinematic de filetare, având forma:

i RS  CF  în care CF 

1 Kf  p  . iCA ps

(5.7)

1 reprezintă constanta lanţului cinematic de filetare. iI  i c

La proiectarea maşinii se calculează valorile CF, pş şi gama valorilor iCA , iar apoi cu formula (5.7) se calculează roţile de schimb care echipează curent maşina. În exploatare, relaţia (5.7) serveşte la calcularea roţilor de schimb necesare prelucrării filetelor al căror pas nu se regăseşte în gama valorilor prestabilite la proiectarea maşinii. Pe strungurile universale se pot prelucra toate cele patru tipuri de filete: metric (p), modul (m), Withworth (N/inch) şi diametral pitch (DP), valorile parametrilor principali fiind trecute în tabela indicatoare a cutiei de avansuri şi filete.

98 Conversia diferitelor tipuri de filete în filetul metric, în vederea utilizării relaţiei (5.7), se face cu formulele: 25,4 25,4  π (5.8) ; p [mm] , N DP în care p este pasul filetului metric, m – modulul filetului modul, N – numărul de paşi pe un p  π m;

p

inch şi DP – numărul diametral pitch. Prelucrarea găurilor pe strunguri se poate realiza prin operaţii de strunjire, realizate cu ajutorul cuţitelor de interior şi al barelor de alezat, metodă folosită la prelucrarea unor găuri de dimensiuni mari, preexistente, sau prin operaţii de burghiere, adâncire, alezare, specifice maşinilor de găurit, în cazul găurilor de diametre mici. Burghiele, adâncitoarele şi alezoarele se fixează în pinola păpuşii mobile şi execută mişcarea de avans manual wp (fig.5.13). Fig.5.13 Prelucrările prin frezare şi rectificare se execută cu ajutorul dispozitivelor accesorii speciale prezentate în subcapitolul 5.2.2.2. Fasonarea tablelor pe strunguri se realizează prin roluire cu ajutorul unor dornuri profilate şi a unor role. Semifabricatul din tablă, de formă circulară, se fixează pe dorn care se prinde în universal şi este antrenat în mişcarea principală n. Rola se fixează în suportul Fig.5.13 portcuţit şi execută mişcări de avans longitudinal şi transversal, realizate manual. În urma deformaţiilor plastice cauzate de acţiunea rolei are loc mularea tablei pe dorn,obţinându-se astfel piese de revoluţie cu pereţi subţiri. 5.2.3. Strunguri frontale. Strungurile frontale sunt strunguri orizontale de dimensiuni mari, destinate prelucrării pieselor în formă de disc, (diametru mare şi lungime mică), având diametrul maxim între (1000...4000) [mm]. Ele se aseamănă, în principiu , cu strungurile orizontale, dar au batiul mult mai scurt, şi de regulă nu dispun de păpuşă mobilă. Pentru a permite prelucrarea la diametre cât mai mari, unele construcţii au batiul separat de păpuşa fixă. Strungurile frontale prezintă două mari dezavantaje, determinate de poziţia orizontală a arborelui principal şi de greutăţile foarte mari ale pieselor prelucrate, care fac dificilă prinderea şi centrarea lor pe maşină (sunt manevrate cu macarale), iar solicitările mari la încovoiere ale arborelui principal reduc precizia de prelucrare. Au productivitate scăzută şi se folosesc tot mai puţin, prelucrări similare putând fi realizate pe strungurile carusel.

99 5.2.4. Strunguri carusel. Sunt destinate prelucrării pieselor în formă de disc de diametre şi greutăţi mari. Datorită poziţiei verticale a arborelui principal, prezintă mai multe avantaje faţă de strungurile frontale: - prinderea şi centrarea pieselor pe platoul maşinii se realizează mult mai uşor şi mai precis; - arborele principal este solicitat la compresiune astfel că preia mult mai bine greutăţile mari ale pieselor prelucrate; - permit prelucrarea unor piese foarte mari, având diametrul până la 25 [m]; - realizează o precizie de prelucrare superioară; - au productivitate mare; - având dimensiuni mai mici în plan orizontal, asigură o utilizare mai bună a spaţiului de producţie. Clasificarea strungurilor carusel se face în principal după trei criterii: - după construcţie, privind numărul montanţilor, strungurile carusel sunt: cu un montant şi cu doi montanţi; - după tipul traversei, pot fi cu traversă fixă, destinate prelucrării pieselor de înălţime mică ( h  800 [mm]), şi cu traversă mobilă, pentru piese cu h  800 [mm]; - după gradul de universalitate, există strunguri universale, destinate producţiei individuale şi de serie mică, şi strunguri speciale, destinate prelucrării unui anumit tip de piesă în producţia de serie mare. 5.2.4.1. Strunguri carusel cu un montant. Sunt strunguri de dimensiuni mai mici, fiind destinate prelucrărilor până la diametrul maxim de 2000[mm]. Principiul constructiv şi funcţional al strungurilor carusel cu un montant şi traversă mobilă este prezentat în figura 5.14. Ele sunt alcătuite din următoarele părţi componente: 1-batiu;2-platou (masă rotativă);3-cap revolver portscule;4-sanie portcuţit verticală;5-suport rotativ;6-sanie transversală;7-traversă mobilă; 8-montant; 9-sanie portcuţit transversală; 10 - suport portcuţit;11-sanie verticală; C1, C2- cărucioare. Mişcarea principală, de rotaţie n,

Fig.5.14

este executată de platoul strungului, 2, pe care se centrează şi fixează piesa de prelucrat.

100 În partea superioară, pe montantul 8, este amplasată traversa mobilă 7, care poate fi deplasată pe verticală în mişcarea de poziţionare wp2 şi blocată apoi pe poziţie. Pe traversă este amplasat căruciorul superior C1, a cărui sanie transversală 6 permite deplasarea în mişcarea de avans transversal wt1. Pe sania transversală este prevăzut suportul rotativ 5, care poate efectua o mişcare de poziţionare wp1, astfel încât mişcarea de avans wv1 a saniei 4 se poate realiza pe direcţie verticală sau înclinată. Capul revolver 3 execută mişcarea de divizare wd, în vederea schimbării sculei active. Lateral faţă de masă, pe ghidajele montantului este amplasat căruciorul lateral C2, care se poate deplasa într-o mişcare de avans vertical wv2. Suportul portcuţit 10 poate primi de asemenea o mişcare de avans transversal wt2. Unele strunguri sunt prevăzute cu două cărucioare superioare, amplasate pe traversă; având posibilitatea efectuării de prelucrări simultane cu mai multe scule, productivitatea strungurilor carusel este mai mare decât a celor frontale. 5.2.4.2. Strunguri carusel cu doi montanţi. Din această grupă fac parte cele mai mari strunguri, care permit prelucrări până la diametre de 25 [m], construcţia portal oferindu-le o rigiditate ridicată. Principiul constructiv şi funcţional al acestor maşini rezultă din figura 5.15, în care

Fig.5.15 s-au notat: 1-batiu; 2-platou; 3, 9-montanţi; 4, 11–suporţi portcuţit; 5–sanie portcuţit verticală; 6–suport rotativ; 7–sanie transversală; 8–grindă de rigidizare; 10–traversă mobilă; 12–sanie portcuţit transversală; 13 – sanie verticală; C1, C2, C3 – cărucioare.

101 Mişcările executate de diferitele elemente componente sunt următoarele: - n – mişcarea principală de aşchiere, efectuată de platoul 2, pe care se prinde piesa de prelucrat; unele strunguri, datorită variaţiei mari a razei la prelucrarea suprafeţelor plane frontale, sunt prevăzute cu variatoare continue de turaţie, comandate de poziţia săniilor transversale, care să permită menţinerea aproximativ constantă a vitezei de aşchiere; - wv – mişcări de avans, sau de poziţionare, verticale sau înclinate; - wv1 – mişcare de avans vertical sau de poziţionare; - wt – mişcări de avans, sau de poziţionare transversale; - wp1 – mişcări de poziţionare, pentru reglarea unghiului direcţiei mişcărilor wv faţă de axa piesei; - wp2 – mişcarea de poziţionare verticală a traversei. Unele strunguri sunt echipate cu încă un cărucior lateral, amplasat pe montantul din stânga, sau sania portsculă a căruciorului lateral se poate şi ea înclina în vederea prelucrării suprafeţelor conice. Ca accesorii speciale, unele strunguri sunt dotate cu dispozitive de copiat, pentru prelucrarea suprafeţelor conice sau profilate şi cu dispozitive de rectificat, care permit prelucrarea suprafeţelor de revoluţie sau plane. 5.2.4.3. Prelucrări pe strungurile carusel. Pe strungurile carusel verticale se pot prelucra suprafeţe cilindrice exterioare şi interioare, suprafeţe conice exterioare şi interioare, suprafeţe plane, canale elicoidale şi speciale. Suprafeţele cilindrice şi plane se prelucrează utilizând direct avansurile existente la maşină. În figura 5.16 este prezentată prelucrarea simultană a mai multor suprafeţe de acest tip, în cazul prelucrării unui volant. La o primă fixare a piesei se prelucrează anumite suprafeţe, iar după întoarcerea ei pe cealaltă parte se prelucrează şi celelalte suprafeţe. Suprafeţele conice se pot prelucra prin mai multe metode, care necesită reglaje specifice. Fig.5.16

O primă metodă, cea mai accesibilă, constă în înclinarea supor-

102 ţilor portsculă verticali, 5, cu unghiul dintre generatoare şi axa piesei, utilizând mişcarea de poziţionare wp1, prelucrarea realizându-se cu avansul înclinat wv. Metoda are dezavantajul că lungimea generatoarei prelucrate este mică, determinată de lungimea cursei săniilor portcuţit 5, iar unghiul este limitat la maxim 30 faţă de axa piesei. Prelucrarea suprafeţelor conice cu unghiuri mari, între 60…90, se poate realiza prin înclinarea suportului portsculă lateral 12 (dacă strungul este prevăzut cu acest reglaj), utilizând avansul transversal wt1 al acestuia. O metodă specifică de prelucrare a suprafeţelor conice pe strungurile carusel constă în combinarea avansurilor wt şi wv, rezultând unghiul:

α  arctg

wt . wv

(5.9)

Deoarece wt şi wv pot lua numai valori discrete, rezultă că metoda nu permite realizarea oricărei valori a unghiului . Dacă trebuie realizat

pe piesă un unghi de

înclinare 0 apropiat de , se poate proceda la înclinarea saniei, prin mişcarea wp1, cu un unghi  faţă de direcţia axei (fig. 5.17). Pentru unghiuri  mici se poate considera AB  h , şi aplicând teorema sinusurilor în ABC, se obţine relaţia:

l w sin α 0  β   tg α  t  , h wv π  sin  α 0  2 

(5.10)

din care se poate scrie:

sinα0  β   tg α  cos α0 ,

Fig.5.17

(5.11)

rezultând valoarea lui :

β  arcsintg α  cos α0   α0 .

(5.12)

Dacă  > 0, rezultă  pozitiv, orientat ca în figură;dacă  < 0, se obţine  negativ, deci înclinarea trebuie realizată în sens invers. Pe lângă prelucrările uzuale prezentate mai sus, cu ajutorul dispozitivelor speciale pe strungurile carusel se pot efectua şi prelucrări de suprafeţe profilate prin copiere şi operaţii de rectificare. 5.2.5. Strunguri revolver. Fig.5.17 Strungurile revolver sunt strunguri de productivitatea mijlocie, între strungurile universale şi cele automate, destinate prelucrării pieselor de dimensiuni mici şi forme complexe, utilizând ca semifabricat barele laminate, dar şi semifabricatele individuale. Costructiv, strungurile revolver sunt caracterizate de existenţa unui suport portscule complex, denumit cap revolver, în care se pot monta simultan între 6 şi 16 portscule. Sculele sunt amplasate în conformitate cu succesiunea fazelor de prelucrare pentru piesa

103 respectivă, şi sunt aduse pe rând în lucru printr-o mişcare de divizare executată de capul revolver. La încheierea unui ciclu de lucru, piesa poate fi prelucrată total sau parţial. Datorită eliminării timpilor auxiliari de schimbare a sculelor, precum şi datorită suprapunerii unor timpi de bază, productivitatea strungurilor revolver devine de 3…4 ori mai mare decât a strungurilor normale. Diversitatea mare a strungurilor revolver fac posibilă clasificarea lor după un număr mare de criterii, dintre care cel mai important este acela al poziţiei axei capului revolver după care există: - strunguri cu disc revolver, cu axa orizontală; - strunguri cu turelă revolver, cu axa verticală; - strunguri cu turelă revolver, cu axa înclinată. După diametrul D al alezajului din arborele principal, care determină diametrul maxim al barelor laminate utilizate ca semifabricat, strungurile revolver se împart în: - strunguri revolver mici, cu D = 10…32 [mm]; - strunguri revolver mijlocii, având D = 32…80 [mm]; - strunguri revolver mari, cu D = 80…135 [mm]. Strungurile mici prelucrează piese numai din bară, prinsă într-o bucşă elastică introdusă în alezajul arborelui principal; cele mijlocii pot prelucra atât din bară, cât şi semifabricate turnate sau forjate prinse într-un dispozitiv tip universal sau în dispozitive speciale, iar cele mari folosesc doar semifabricate individuale. După gradul de automatizare, strungurile revolver pot fi: cu comenzi manuale, semiautomate sau automate. Principiul constructiv şi funcţional al strungurilor cu disc revolver este prezentat în figura 5.18, în care s-au notat următoarele elemente:

Fig.5.18

104 1-păpuşă fixă; 2-arbore principal; 3-cap revolver orizontal; 4-sanie longitudinală; 5-tambur de comandă (la cele semiautomate sau automate); 6-batiu; 7-cutia cu mecanisme a căruciorului; 8-bară de avansuri; 9-cutie de avansuri;CR-cărucior revolver. Discul revolver, 3, este amplasat pe căruciorul CR şi este prevăzut cu până la 16 locaşe portcule a, care în poziţia superioară sunt coaxiale cu arborele principal. Prin mişcarea de divizare wd, efectuată de discul revolver în jurul axei sale, locaşele ajung pe rând în poziţia superioară de lucru. Această mişcare, la unele strunguri, poate fi executată şi ca mişcare continuă, îndeplinind rolul de mişcare de avans circular, wc, sau transversal, făcând posibilă şi prelucrarea suprafeţelor frontale şi conice. Căruciorul asigură realizarea mişcării de avans axial wl, pentru toate sculele. La unele strunguri mici, în vederea realizării avansului transversal, discul revolver este montat pe o sanie transversală, iar la altele există un al doilea cărucior prevăzut cu sanie transversală, amplasat între căruciorul revolver şi păpuşa fixă, care poate fi înlăturat cu uşurinţă atunci când nu este necesar. La strungurile semiautomate şi automate, tamburul de comandă 5, asigură, cu ajutorul unor came şi al unor microîntrerupători, comanda cuplajelor electromagnetice din cutia de viteze şi de avansuri, în vederea schimbării turaţiei n şi a avansului wl, odată cu schimbarea sculei. Strungurile revolver care prelucrează piese din bară laminată sunt prevăzute şi cu un suport pentru susţinerea barei, amplasat în stânga păpuşii fixe. Datorită utilizării unui număr mare de scule, strungurile cu disc revolver sunt folosite la prelucrarea pieselor complexe, de dimensiuni mici, prelucrate din bară laminată, permiţând în cele mai multe cazuri prelucrarea totală a piesei şi asigurând productivităţi ridicate. Principiul constructiv şi funcţional al strungurilor cu turelă verticală este prezentat în figura 5.19, în care s-au făcut următoarele notaţii:

Fig.5.19

105 1-păpuşă fixă; 2-arbore principal; 3-suport portcuţit; 4-sanie transversală5-sanie longitudinală; 6-turelă revolver; 7-suport rotativ; 8-sanie longitudinală; 9-cutia cu mecansime a căruciorului; 10-batiu; 11-bară de avans; 12-cutia căruciorului auxiliar; 13cutia de avansuri; CA-cărucior auxiliar;CR-cărucior revolver. Turela revolver, 6, este prevăzută cu 6…8 locaşe portscule a, aduse pe rând în dreptul arborelui principal 2, prin mişcarea de divizare wd realizată de suportul rotativ 7. Mişcarea de avans longitudinal wl, pentru toate sculele, este asigurată de căruciorul CR. Unele construcţii au turela montată pe o sanie longitudinală care efectuează mişcarea wl, faţă de cărucior, soluţie utilizată la strungurile mici. Pentru a permite prelucrarea suprafeţelor frontale sau efectuarea de operaţii de retezare, aceste strunguri sunt echipate frecvent cu un cărucior auxiliar, CA, pe sania transversală 4 putând fi montaţi unul sau doi suporţi portcuţit, 3. Alte tipuri de strunguri au turela montată pe o sanie transversală, care asigură realizarea unei mişcări de avans transversal; această soluţie are dezavantajul că reduce rigiditatea turelei şi precizia de prelucrare datorită dezaxării curente a turelei faţă de arborele principal. Construcţiile cu turela montată direct pe căruciorul CR au rigiditate maximă, fiind utilizate la prelucrarea pieselor de dimensiuni mari. Comparativ cu strungurile cu disc revolver, cele cu turelă se folosesc la prelucrarea pieselor mai simple, de dimensiuni mai mari, realizate din bară laminată, dar şi din semifabricate individuale. În figura 5.20 este prezentat principiul constructiv şi cinematic al strungurilor cu turelă înclinată. S-au evidenţiat următoarele elemente componente: 1-păpuşă fixă; 2-arbore principal; 3turelă revolver; 4-suport rotativ; 5sanie longitudinală; 6-cutia cu mecansime a căruciorului; 7-batiu; CR-cărucior revolver. Turela revolver are formă tronconică şi este înclinată la 45. Ea poate fi prevăzută cu mai multe locaşe pentru portscule sau numai cu două, dispuse la 180.În cel de al doilea caz în timp ce scula fixată în Fig.5.20 locaşul din stânga lucrează, în locaşul superior se schimbă scula, care prin mişcarea de divizare wd este adusă apoi în lucru,ş.a.m.d.,astfel încât se poate utiliza un număr mult mai mare de scule decât în primul caz, deci se pot prelucra piese de complexitate mai mare. Schimbarea sculei din locaş şi mişcarea de divizare a turelei se pot realiza manual sau automat.

106 În general, pe strungurile revolver se pot efectua operaţii de strunjire de suprafeţe cilindrice exterioare şi interioare, conice, profilate, plane, operaţii de retezare, operaţii de prelucrarea găurilor (burghiere, adâncire, alezare), operaţii de filetare, cu ajutorul tarozilor şi a filierelor, (pentru filete de diametre mici). Ca accesorii speciale, se întâlnesc frecvent dispozitivele de filetare, utilizate la prelucrarea filetelor de dimensiuni mari şi dispozitivele de frezat. În figura 5.21 se prezintă succesiunea fazelor de prelucrare a unei piese având forma din figura h, pe un strung cu disc revolver automat, de fabricaţie românească, tip DRT 32/40. Succesiunea fazelor este următoarea: a – avansul barei (alimentarea cu semifabricat); b – strunjire longitudinală la cota 24 şi prelucrarea suprafeţei frontale de capăt; c – strunjire longitudinală cota 20, teşire capăt şi profilare; d – strunjire cota 30 şi prelucrare canal 186; e – strunjire cota 26; f – filetare M24 (cu dispozitivul de filetat); g – retezare piesă.

Fig.5.21

107 Prin suprapunerea mai multor prelucrări realizate în cadrul unei faze, se obţine creşterea productivităţii. 5.2.6. Strunguri automate şi semiautomate. Strungurile automate şi semiautomate sunt maşini de productivitate ridicată, mai mare decât a strungurilor revolver, destinate producţiei de serie mare şi masă. Productivitatea ridicată se datorează echipării strungului cu mai mulţi suporţi portsculă, care acţionează simultan-succesiv asupra unuia sau mai multor semifabricate, realizând prin aceasta suprapunerea timpilor de bază; totodată, prin mecanizarea şi automatizarea mişcărilor auxiliare timpii auxiliari se reduc la valori minime, astfel încât timpul total consumat pentru prelucrarea unei piese se reduce foarte mult. După gradul de automatizare se cunosc: - strunguri semiautomate, la care succesiunea fazelor ciclului de lucru este comandată automat, dar alimentarea cu semifabricat şi evacuarea piesei se efectuează manual, de către operatorul uman, deoarece forma şi dimensiunile semifabricatului nu permit automatizarea acestor faze; - strunguri automate, la care toate fazele se execută automat, factorului uman revenindu-i doar rolul de alimentare periodică cu semifabricate, verificarea cotelor prelucrate şi reglarea sculelor, schimbarea sculelor, întreţinerea maşinii. După numărul arborilor principali, strungurile automate şi semiautomate pot fi: monoax şi multiaxe. După poziţia arborilor principali, există strunguri orizontale şi verticale. După destinaţie, strungurile automate pot fi universale şi speciale. Ca semifabricate, se utilizează sârmă înfăşurată în colaci ( max  8 [mm]); bare laminate; semifabricate individuale, alimentate automat din buncăre (la dimensiuni mici), sau manual (la dimensiuni mari şi forme complexe). 5.2.6.1. Strunguri automate monoax. Aceste strunguri se caracterizează prin existenţa unui singur arbore principal, deci se prelucrează la un moment dat o singură piesă, dintr-un semifabricat de tip bară sau sârmă. Sunt strunguri de mărime mică sau mijlocie, concepute pentru prelucrarea unor piese de dimensiuni mici la o precizie ridicată. Având de regulă o structură pur mecanică, pentru automatizarea ciclului de lucru fiind utilizate camele, şi o construcţie simplă, se reglează cu uşurinţă şi au cost redus, fiind cele mai răspândite. Clasificarea lor se face în primul rând după natura operaţiilor executate, astfel: -strunguri automate de profilat şi retezat, având un număr de sănii portsculă care execută numai avansuri transversale; sunt destinate prelucrării unor piese scurte şi simple, care nu necesită strunjiri longitudinale;

108 - strunguri automate de profilat şi strunjit longitudinal, caracterizate prin faptul că bara de prelucrat execută mişcarea principală simultan cu o mişcare de avans longitudinal, iar săniile portcuţit, dipuse radial, execută mişcări de avans transversal; utilizând separat mişcările de avans se pot prelucra suprafeţe cilindrice şi profilate (cu cuţite profilate), iar prin combinarea lor se por prelucra şi suprafeţe conice; pentru prelucrarea găurilor, sunt prevăzute cu dispozitive adecvate, fixe sau schimbabile; - strunguri automate cu cap revolver, care sunt cele mai compexe, având atât sănii transversale cât şi longitudinale, precum şi un cap revolver în care se pot monta uzual până la 6 scule pentru prelucrări axiale (burghieri, alezări, filetări, etc.). Permit prelucrarea unor piese complicate şi au productivitate ridicată. Principiul constructiv şi funcţional al strungurilor automate monoax tip SARO, de fabricaţie românească, este prezentat în figura 5.22, în care s-au evidenţiat următoarele elemente: 1-batiu; 2-bară semifabricat; 3-dispozitiv de alimentare şi prindere a barei; 4păpuşă fixă; 5-suport sănii transversale; 6,13,14-sănii transversale superioare; 7-arbore principal; 8-sanie transversală faţă; 9-cap revolver; 10-sanie cap revolver; 11-arbore de comandă; 12-sanie transversală spate; 15-sanie longitudinală. Semifabricatul, fixat în arborele principal cu ajutorul unei bucşe elastice se roteşte, într-un sens sau altul, în mişcarea principală n. În suporţii transversali se fixează cuţite pentru prelucrări cu avans transversal (wt1…wt5), suportul din spate, 12, având şi o mişcare de avans longitudinal, wl1. Capul revolver permite montarea a şase scule pentru prelucrări axiale, care sunt aduse pe rând în faţa arborelui principal prin mişcarea de divizare pas cu pas wd. Sania capului revolver 10 asigură deplasarea axială a sculelor prin mişcarea wl2.

Fig.5.22

109 Ciclul de lucru al strungului este compus dintr-o succesiune de faze de prelucrare, dintre care unele suprapuse, şi faze auxiliare (de alimentare cu semifabricat şi de schimbare a sculor prin rotirea capului revolver). Coordonarea succesiunii fazelor ciclului de lucru este realizată de arborele de comandă, 11, care execută o rotaţie completă pe ciclu. El are două secţiuni, una longitudinală şi alta transversală (nereprezentată). Pe secţiunea longitudinală sunt amplasate camele de lucru C1…C5 pentru realizarea mişcărilor wt1…wt5, precum şi tamburii T1…T3 pe care sunt montate camele de impuls pentru comanda fazelor auxiliare. Pe secţiunea transversală, se află camele de lucru pentru realizarea avansurilor longitudinale wl1 şi wl2. Camele pentru execuţia mişcărilor auxiliare sunt dispuse pe un arbore auxiliar, amplasat în partea din spate a strungului. Camele de lucru sunt came disc având de regulă patru sectoare (fig.5.23): I - sectorul de mers în gol, profilat după un arc de crec, care asigură poziţia retrasă a sculei faţă de semifabricat; II sectorul de apropiere rapidă a sculei de semifabricat; III – sectorul de lucru, profilat după o spirală arhimedică, pentru realizarea avansului de lucru cu viteză constantă; IV – sectorul de retragere rapidă. Camele de lucru şi cele de impuls sunt montate pe Fig.5.23 arborele de comandă, fiecare într-o anumită poziţie unghiulară faţă de originea mişcării de rotaţie a acestuia, pentru a se asigura succesiunea corectă a fazelor. Structura cinematică a strungurilor SARO este prezentată în figura 5.24, în care notaţiile reprezintă: ME – motor electric de antrenare; MC – grup de mecansime cu raport de transmitere constant; CV – cutie de viteze (cu roţi de schimb); AP – arbore principal; CA – cutie de avansuri (cu roţi de schimb); AC – arbore de comandă; AA – arbore Fig.5.23 auxiliar. Pe arborele de comandă AC sunt reprezentate simbolic camele de lucru Cl şi tamburii de comandă T. În cadrul unui ciclu de lucru, AC se roteşte cu două turaţii: nAC, lenFig.5.24

tă, obţinută prin cutia de avansuri, CA, necesară pentru realizarea fazelor de lucru şi nRAC, rapidă, rea-

110 lizată printr-o legătură directă, în timpul efectuării fazelor auxiliare. Arborele auxiliar AA se roteşte continuu cu turaţia rapidă nAA. Pe el sunt amplasate liber camele auxiliare Ca, care cuplează cu arborele prin intermediul cuplajelor de unghi constant de rotaţie CU, comandate de camele de impuls dispuse pe tamburii T. După structura cinematică, strungurile automate pot fi împărţite în trei grupe, structura cinematică de mai sus corespunzând automatelor de grupa a III-a, care sunt cele mai evoluate, permiţând prelucrarea unor piese complicate cu productivităţile cele mai mari. Pe strungurile automate monoax cu cap revolver pot fi realizate, în principiu, aceleaşi prelucrări ca cele prezentate la strungurile cu disc revolver, dar, prin suprapunerea mai accentuată a fazelor de lucru şi prin automatizarea mişcărilor auxiliare se obţine o creştere substanţială a productivităţii. În figura 5.25 se prezintă succesiunea fazelor de lucru pentru prelucrarea unui inel de etanşare utilizat la racordurile hidraulice, şi anume: a-avansul semifabricatului până la tamponul din capul revolver; b-strunjire profilată exterioară cu cuţit profilat disc, montat pe sania 12, simultan cu centruire, realizată cu un burghiu montat în capul revolver; c-tasare, realizată prin roluire cu o sculă specială fixată în capul revolver; d-burghiere, realizată cu un burghiu montat în capul revolver; e-strunjire profilată interioară, realizată cu un cuţit montat pe un suport special fixat în capul revolver şi acţionat de suportul 8; f-retezarea piesei prin strunjire, realizată cu un cuţit de retezat montat pe sania 6.

Fig.5.25

5.2.6.2. Strunguri automate multiaxe. Aceste strunguri se caracterizează prin prezenţa mai multor arbori principali (4 până la 8), la care se prelucrează simultan tot atâtea piese, succesiv sau în paralel. Prelucrarea succesivă presupune trecerea succesivă a fiecărui arbore principal pe la grupuri diferite de scule care execută prelucrări diferite, prelucrarea unei piese fiind

111 terminată după trecerea ei pe la toate grupele de scule. Metoda permite prelucrarea unor piese de complexitate mare, majoritatea strungurilor automate multiaxe fiind concepute pe acest principiu. Prelucrarea paralelă presupune existenţa unui grup identic de scule pentru fiecare arbore principal, toate piesele fiind prelucrate simultan, astfel încât la un ciclu de lucru se obţin tot atâtea piese câţi arbori principali are strungul. Aceste maşini au productivitate foarte mare, dar pot prelucra numai piese simple. După poziţia arborilor principali, strungurile automate şi semiautomate pot fi: orizontale şi verticale. În figura 5.26 este prezentat principiul constructiv şi funcţional al unui strung automat orizontal cu şase axe, cu prelucrare succesivă. El se compune din urmăroarele elemente:1-batiu; 2-montantul mare; 3-grindă de rigidizare; 4-tambur port-arbori principali; 5-arbori principali; 6-sănii pentru prelucrări transversale; 7-suporţi portsculă pentru prelucrări longitudinale; 8-sanie longitudinală; 9-montantul mic.

Fig.5.26 Arborii principali 5, amplasaţi pe tamburul 4, se rotesc simultan cu aceeaşi turaţie, n, realizând mişcarea principală. Tamburul 4 execută mişcarea de divizare pas cu pas wd pe un unghi de 60, schimbând succesiv locul arborilor. În dreptul fiecărei poziţii a arborilor sunt prevăzute săniile S1…S4 , care se pot deplasa în mişcările de avans transversal wt1…wt4, iar pe sania longitudinală 8 sunt amplasaţi suporţii 7, care se deplasează simultan în mişcarea de avans longitudinal wl. Prelucrările transversale şi longitudinale, specifice fiecărei poziţii, se produc simultan la toţi arborii, după care se execută mişcarea wd. După trecerea fiecărui arbore pe la toate poziţiile, piesa este finalizată. La strungurile semiautomate, la prelucrarea semifabricatelor individuale, una din poziţii (de regulă cea din faţă, corespunzătoare saniei S1) este folosită pentru evacuarea

Fig.5.26

112 piesei şi alimentarea cu semifabricat. În această poziţie mişcarea principală a arborelui este oprită. Strungurile automate şi semiautomate multiaxe au o productivitate mare, fiind utilizate în producţia de serie mare. 5.3.

Maşini de găurit şi alezat.

Aceste maşini sunt concepute special pentru prelucrarea găurilor prin operaţii de burghiere, adâncire, lamare, alezare, precum şi pentru prelucrarea filetelor cu ajutorul sculelor profilate de tipul tarodului şi al filierei, deşi, în funcţie de precizia necesară şi de productivitate găurile pot fi prelucrate şi prin alte procedee şi anume: prin strunjire, broşare, rectificare, honuire, sau rodare. Operaţiile de mai sus sunt realizate pe maşinile de găurit prin utilizarea unor scule dimensionale şi profilate, care transmit dimensiunea lor la suprafaţa prelucrată, precizia de prelucrare depinzând în cea mai mare măsură de sculă şi nu de maşina-unealtă. În figura 5.27 sunt prezentate, principalele operaţii de prelucrare al găurilor realizate pe maşinile de găurit şi sculele aferente.

Fig.5.27 Burghierea (fig.5.27, a) este operaţia de prelucrare prin aşchiere realizată cu scula numită burghiu, în scopul obţinerii unei găuri din plin. Diametrul maxim de prelucrare este 80 [mm], iar precizia de prelucrare redusă. Se utilizează la prelucrarea găurilor de trecere, sau care urmează să fie prelucrate în continuare prin alte procedee. Lărgirea şi adâncirea (fig.5.27, b) sunt operaţii de prelucrare a găurilor prin care se realizează mărirea diametrului unei găuri obţinute iniţial prin turnare, matriţare sau găurire. Sculele au un număr de 4…6 dinţi, realizând o ghidare mai bună în timpul lucrului şi un avans pe dinte mai mic, astfel că se obţin precizii superioare burghierii. Alezarea (fig.5.27, c) este operaţia de finisare a găurilor, realizată cu alezorul, în vederea creşterii preciziei dimensionale şi a rugozităţii suprafeţei. Adâncimea de aşchiere Fig.5.27

113 este mică (t = 0,1 [mm]), iar numărul mare de dinţi ai alezorului (z = 6…12) asigură o bună ghidare a sculei în gaura prelucrată şi reduce avansul pe dinte sd, astfel că prin alezare se pot prelucra şi găuri care formează ajustaje (precizie dimensională de ordinul 0,01 [mm]). În figura 5.28 sunt prezentate câteva cazuri de prelucrare a capetelor găurilor prin operaţii de lamare: a – adâncirea capătului găurii cu asigurarea concentricităţii celor două suprafeţe; b - lamarea conică (teşirea); c – lamarea plană, pentru prelucrarea unei suprafeţe Fig.5.28 plane perpendiculare pe axa găurii, la un bosaj. Clasificarea maşinilor de găurit se poate face în primul rând după portabilitate, în: maşini portabile şi maşini fixe. Maşinile de găurit portabile sunt destinate prelucrării găurilor de diametre mici în piese de dimensiuni mari, la construcţii metalice, etc., putând fi acţionate manual, electric sau pneumatic. Maşinile de găurit fixe, sau staţionare, sunt cele mai răspândite în sectorul construcţiilor de maşini, principalele tipuri fiind următoarele: Fig.5.28 - maşini de găurit verticale; - maşini de găurit radiale; - maşini de găurit în coordonate; - maşini de alezat şi frezat orizontale.

5.3.1. Maşini de găurit verticale. Aceste maşini se caracterizează prin dispunerea verticală a arborelui principal, fiind cele mai răspândite pentru prelucrarea găurilor mici şi mijlocii (max = 80[mm]) de precizie normală. Principalele tipuri din această grupă sunt maşinile de găurit de masă, cu coloană şi cu montant. Maşinile de găurit de masă sunt maşini de dimensiuni mici, care se montează pe socluri, mese sau bacuri de lucru, destinate prelucrării găurilor până la max = 16 [mm]. Având o construcţie şi o cinematică simplă, au cost redus. Mişcarea principală este mecanizată, dar mişcările de avans şi de poziţionare se execută manual. În figura 5.28 este prezentată o astfel de maşină care se compune din următoarele elemente: 1-soclu de bază (masă, etc.); 2-placă de bază; 3-masă fixă; 4-arbore principal;

114 5-pinolă de avans; 6-corpul păpuşii; 7apărătoare; 8-motor electric de antrenare; 9-coloană de susţinere. Mişcarea principală de rotaţie n a arborelui principal se realizează, de obicei, de la motorul electric 8, având una sau două turaţii, printr-o transmisie cu curele cu conuri în trepte, care permite reglarea unui număr redus de turaţii. Inversarea sensului mişcării se obţine prin motor. Mişcarea de avans axial wa, executată de pinolă, se realizează manual, de la maneta m, prin diferite tipuri de Fig.5.29

mecansime, în funcţie de mărimea şi precizia mişcării.

Mişcările de poziţionare wp1 şi wp2, de reglare verticală şi unghiulară a poziţiei corpului păpuşii 6, se execută de asemenea manual şi sunt prevăzute cu un sistem de blocare pe poziţie. În timpul prelucrării, după caz, piesa se ţine cu mâna sau se prinde într-o menghină, care poate fi aşezată sau fixată pe masa 3. Aceste maşini au o manevrabilitate bună, dar realizează precizii şi productivităţi reduse, fiind recomandate pentru producţia de unicate. Maşinile de găurit cu coloană şi cu montant sunt maşini de mărime mijlocie, destinate prelucrării găurilor de diametre până la 40 [mm] şi respectiv 80 [mm], în piese de dimensiuni mici şi mijlocii, care pot fi manevrate manual. Principiul constructiv şi cinematica acestor Fig.5.29 maşini sunt asemănătoare. În figura 5.30 este prezentată o maşină de găurit cu montant care se compune din următoarele elemente:1-placă de bază;2-consolă;3-masa maşinii; 4-montant;5-arbore principal;6-pinolă de avans;7-capul (păpuşa) de găurire; 8-motor electric de acţionare. Mişacarea principală de rotaţie n este realizată de arborele principal 5, în care se fixează scula, şi se obţine de la motorul 8 prin cutia de viteze CV

Fig.5.30

amplasată în corpul păpuşii 7. Inversarea sensului de rotaţie este realizată de regulă prin motorul electric. Mişcarea de avans axial wa, executată de pinola 6, este mecanizată şi se realizează preluând mişcarea

115 de la arborele principal 5 prin cutia de avansuri CA. Ea poate fi însă acţionată şi manual. Mişcările de poziţionare wp1 şi wp2, realizate mecanizat (wp1) şi manual (wp2), servesc la reglarea distanţei dintre sculă şi piesă, în funcţie de mărimea piesei de prelucrat. La maşinile de găurit cu coloană în locul montantului se utilizează o coloană cilindrică, aceasta având dezavantajul unei rigidităţi mai reduse, dar permiţând realizarea unei mişcări de poziţionare suplimentară, de rotaţie a consolei 2 în jurul axei coloanei, făcând posibilă chiar îndepărtarea mesei din spaţiul de lucru, în scopul aşezării pieselor de înălţime mare direct pe placa de bază a maşinii. La multe tipuri de maşini cu coloană masa este rotativă, permiţând deci încă o mişcare de poziţionare, care combinată cu prima este foarte utilă la prelucrarea găurilor dispuse pe un cerc (caz frecvent întâlnit). Accesoriile maşinilor de găurit pot fi împărţite în trei grupe: accesorii pentru prinderea sculei, accesorii pentru prinderea piesei şi dispozitive speciale. Prinderea sculei în arborele principal se realizează: - pentru scule cu coadă con Morse - direct în conul Morse al arborelui, sau indirect, prin intermediul reducţiilor con Morse; - pentru sculele cu coadă cilindrică – utilizând mandrinele cu bacuri sau cu schimbare rapidă. Accesoriile pentru prinderea pieselor sunt: menghinele paralele, cu sau fără suport rotativ, prismele pentru orientare, bridele de prindere şi dispozitivele speciale prevăzute cu plăci de ghidare a sculelor (utilizate în producţia de serie). Accesoriile speciale mai des întâlnite sunt mesele rotative şi capetele de găurit multiaxe (cu arbori ficşi sau reglabili) utilizate în producţia de serie. Aceste maşini sunt folosite atât pentru producţia individuală, cât şi la serii mici şi mijlocii. 5.3.2. Maşini de găurit radiale. Aceste maşini se folosesc la prelucrarea găurilor în piese de dimensiuni mari şi grele, a căror manevrare este dificilă, fiind deci mai comodă reglarea poziţiei sculei faţă de piesă decât invers. Constructiv, ele se caracterizează prin faptul că păpuşa de găurit este amplasată pe un braţ pe care se poate poziţiona radial, la rândul lui braţul fiind articulat de o coloană, faţă de care se poate roti şi deplasa pe verticală. Aceste deplasări asigură mobilitatea sculei în spaţiu, într-un sistem de coordonate cilindrice. Cinematica de lucru a acestor maşini este principial aceeaşi ca la maşinile verticale, diferite fiind doar mişcările de poziţionare. Clasificarea maşinilor de găurit radiale se face, în principal, în funcţie de braţul radial: -

după construcţia braţului radial, acesta poate fi monobloc (rigid) sau articulat;

116 -

după mobilitatea braţului radial, acesta poate avea doar o mişcare de rotaţie în

jurul coloanei, asigurând reglarea poziţiei sculei în coordonate polare, sau poate avea şi o deplasare pe verticală, permiţând deci reglarea poziţiei sculei în coordonate cilindrice. Principiul constructiv şi cinematica maşinilor de găurit radiale cu braţ rigid şi dublă mobilitate sunt prezentate în figura 5.31, în care s-au notat: 1-placă de bază; 2-coloană; 3baţ radial; 4-capul (păpuşa) de găurire; 5-pinolă de avans; 6-arbore principal; 7-masă.

Fig.5.31 Mişcarea principală n este executată de scula fixată în arborele principal 6, iar mişcarea de avans axial wa de pinola 5, putând fi acţionată mecanic sau manual. Mişcările de poziţionare sunt următoarele: - wp1 – mişcarea de poziţionare verticală a braţului; - wp2 – mişcarea de poziţionare unghiulară a braţului; - wp3 – mişcarea de poziţionare radială a capului de găurire. La unele maşini, capul de găurire poate avea încă o mişcare de poziţionare, de rotaţie în jurul unei axe orizontale, făcând posibilă prelucrarea găurilor înclinate. Masa maşinii, 7, este simplu aşezată pe placa de bază 1, ea putând fi uşor înlăturată în vederea aşezării pieselor mari direct pe placa de bază. 5.3.3. Maşini de găurit în coordonate. Aceste maşini sunt special concepute pentru prelucrări de mare precizie, atât privind forma şi diametrul găurilor cât şi Fig.5.31 poziţia lor relativă, permiţând realizarea unor toleranţe de ordinul micrometrilor. Precizia ridicată a acestor maşini se datorează arborelui principal şi sistemului de sănii pentru deplasarea mesei maşinii.

117 Arborele principal şi elementele montate pe el au o execuţie foarte îngrijită, cu toleranţe strânse, fără mase excentrice care prin forţele centrifuge pe care le cauzează pot determina apariţia vibraţiilor, o rigiditate mare printr-o supradimensionare corespunzătoare şi montare pe lagăre realizate cu rulmenţi de precizie şi rigiditate ridicată, selecţionaţi. Toate acestea fac posibilă realizarea unor curbe directoare circulare foarte precise. Condiţii similare sunt impuse la proiectarea şi execuţia pinolei, aceasta asigurând conducerea arborelui principal în mişcarea de avans axial fără jocuri şi cu frecări reduse, deoarece avansurile pe rotaţie minime au valori de ordinul micronilor. Săniile au o construcţie rigidă şi sunt executate precis. Pentru reducerea forţelor de frecare şi evitarea jocurilor în funcţionare, ghidarea lor se realizează pe ghidaje de rostogolire de rigiditate mare, montate cu pretensionare, iar deplasarea lor în vederea poziţionării se obţine utilizând şuruburi cu bile montate de asemenea cu pretensionare. Pentru măsurarea precisă a deplasărilor pe axele de coordonate, săniile sunt prevăzute cu sisteme de măsură de precizie ridicată (optice, electronice) având rezoluţia de 1-2 [m]. Sistemele moderne afişează cotele numeric, eliminând astfel erorile subiective de citire. Sculele utilizate pe aceste maşini diferă de cele dimensionale, fiind de regulă bare de alezat prevăzute cu un singur dinte aşchietor şi având posibilitatea reglării cotei prelucrate cu ajutorul unui şurub micrometric. Maşinile de găurit în coordonate pot fi cu un montant, la care capul de găurit nu poate fi reglat în plan orizontal, masa deplasându-se după două coordonate rectangulare, şi cu doi montanţi, la care capul de găurit se deplasează după o coordonată, iar masa după cealaltă coordonată. Acestea din urmă sunt mai răspândite, deoarece sunt mai rigide şi mai precise. În figura 5.32 este prezentată o maşină de găurit în coordonate cu două coloane, care se compune din:1-batiu; 2,9coloane;3-traversă;4-grindă de rigidizare;5-cap de găurire;6-pinolă de avans; 7-arbore principal;8-masă. Cinematica acestor maşini realizează cele două mişcări de lucru: mişcarea principală n, executată de arborele principal 7 şi mişcarea de avans axial wa , executată de pinola 6. Mişcările de poziţionare sunt: -wpt –de poziţionare transversală a capului de găurit, realizată manual sau mecanic; -wpl –de poziţionare longitudinală a Fig.5.32 mesei,realizată mecanic şi corectată manual;

118 - wpv – de poziţionare verticală a traversei mobile, realizată mecanic. Accesoriile acestor maşini sunt diverse tipuri de suporţi portsculă, menghine şi bride pentru prinderea pieselor, accesoriul cel mai important fiind masa rotativă. În vederea realizării preciziei de dispunere a găurilor (distanţele dintre axe), în funcţie de sistemul de coordonate în care s-a făcut cotarea (fig.5.33), trebuie mai întâi stabilite coordonatele punctelor de referinţă A (colţul piesei) şi O (centrul cercului de dispunere a găurilor), faţă de care se calculează apoi coordonatele fiecărei găuri, utilizând în acest scop relaţiile de conversie între cele două sisteme de coordonate şi anume: x0  ρ0  cos θ0

ρ0  x02  y 02

y 0  ρ0  sinθ0

θ0  arctg

y0 x0

(5.13)

Distanţa dintre axe se calculează cu relaţia:

l

x2  x1 2  y 2  y1 2

(5.14)

Datorită preciziei ridicate, aceste maşini sunt şi pretenţioase în exploatare, ele fiind amplasate în ateliere speciale prevăzute cu sistem de climatizare (temperatură, umiditate şi praf, controlate) şi fiind deservite de personal cu înaltă calificare. Având productivitate redusă, se folosesc pentru producţia de unicate, la fabricarea SDV-urilor, a prototipurilor, etc. Fig.5.33

5.3.4. Maşini de alezat şi frezat orizontale. Maşinile de alezat şi frezat sunt maşini de dimensiuni mari, cu un grad mare de universalitate deoarece permit efectuarea unor operaţii de găurire, de strunjire şi de frezare, la o singură prindere a piesei pe maşină. Principiul constructiv şi funcţional al acestor maşini este redat în figura 5.34, fiind alcătuite din următoarele părţi componente:1-batiu; 2-montant principal; 3-sanie verticală; 4-cap de găurire şi frezare; 5-platou; 6-sanie radială; 7-arbore principal; 8-masă rotativă; 9-sanie transversală; 10-sanie longitudinală; 11-montant secundar; 12-lagăr. Aceste maşini sunt echipate cu doi arbori principali care se rotesc cu turaţii diferite: - arborele principal 7, care se roteşte cu turaţia n1 şi execută mişcarea de avans longitudinal wl1; în acest arbore se montează sculele obişnuite pentru prelucrarea găurilor,

Fig.5.33

119 cele de tip bară de alezat pentru prelucrări interioare prin strunjire, şi frezele pentru operaţii de frezare; - platoul 5, care se roteşte cu turaţia n2 ; pe sania 6 a platoului se pot monta cuţite de strung cu care se pot prelucra suprafeţe frontale, utilizând avansul radial wr. Capul de găurire 4 poate executa mişcarea de avans sau poziţionare verticală, wv. Piesa, care se prinde pe masa 8, poate executa mişcările de avans: circular wc, transversal wt şi longitudinal wl2, care pot fi şi mişcări de poziţionare.

Fig.5.34 Mişcări strict de poziţionare sunt wp1 – de deplasare longitudinală a montantului secundar 11 şi wp2 – de deplasare verticală a lagărului 12, care serveşte la reglarea coaxialităţii lagărului cu arborele principal 7, pentru a face posibilă contrarezemarea barelor de alezat de lungime mare, în scopul măririi rigidităţii şi creşterii preciziei de prelucrare. Posibilităţile de exploatare ale acestor maşini sunt foarte largi, putându-se efectua: operaţii de burghiere, adâncire, alezare cu scule dimensionale; alezarea prin strunjire cu bare de alezat; strunjiri de suprafeţe exterioare, interioare sau plane; frezări de suprafeţe plane sau profilate; operaţii de filetare cu tarozi şi filiere, dar şi cu cuţite de filetat, etc., unele prelucrări putând fi realizate în mai multe moduri, oferind posibilitatea de a alege modul cel mai potrivit de la o piesă la alta.

5.4. Maşini de frezat.

Fig.5.34

Maşinile de frezat sunt maşini-unelte concepute special pentru prelucrarea pieselor prin procedeul frezării (fig.5.35), deşi cele universale permit aplicarea şi a altor procedee, cum sunt găurirea, mortezarea sau chiar rectificarea. Sculele pentru frezare sunt scule cu mai mulţi dinţi aşchietori, principalele tipuri de freze fiind reprezentate în figura 5.37: a – freză cilindrică (L> d); b, c – freze cilindro-

120 frontale; d – cap de frezat; e – freză profilată; f – joc de freze; g – freză deget (L>>d); h – freză disc profilată. În funcţie de sensul mişcării de avans faţă de sensul vitezei principale de aşchiere, se cunosc două metode de frezare: contra avansului şi în sensul avansului. Frezarea contra avansului (fig.5.35, a) este mai avantajoasă privind angajarea dinţilor în aşchie, dar forţa verticală de aşchiere tinde să smulgă piesa din dispozitivul de prindere (dezavantaj). Metoda este recomandată la frezarea iniţială a pieselor turnate sau forjate, care prezintă crustă dură. Frezarea în sensul avansului (fig.5.35,b) este defavorabilă angajării dintelui în aşchie, dar forţa verticală este orientată în jos, mărind stabilitatea piesei în timpul lucrului. Orientarea forţei orizontale în acelaşi sens cu viteza principală de aşchiere este un dezavantaj, deoarece poate determina vibraţii datorate jocului axial din mecanismul de avans. Clasificarea maşinilor de frezat se poate face după mai multe criterii, cel mai relevant fiind însă după destinaţie, în funcţie de specificul pieselor prelucrate, după care Fig.5.35

cele mai importante grupe sunt: maşini de frezat cu consolă; maşini de frezat plan; maşini de frezat longitudinal; maşini de frezat specializate. 5.4.1. Maşini de frezat cu consolă. Fig.5.35 Maşinile de frezat cu consolă sunt cele mai răspândite şi se caracterizează prin faptul că masa de lucru, pe care se prinde semifabricatul, este montată pe o consolă care ghidează pe batiu, având prin aceasta o rigiditate mai redusă. Pe acest principiu se construiesc maşini de dimensiuni mici-mijlocii, destinate prelucrării pieselor de dimensiuni mici şi forme complexe, pentru producţia de unicate şi serie mică. După construcţie, maşinile de frezat cu consolă pot fi: orizontale, verticale şi universale. 5.4.1.1. Principiul constructiv şi cinematic. Cele mai răspândite sunt maşinile de frezat cu consolă, orizontale, universale, al căror principu constructiv şi funcţional este prezentat în figura 5.36. Ele sunt alcătuite din următoarele părţi componente: 1 - placă de bază; 2 - batiu; 3 - braţ suport; 4 - suport contralagăr; 5 - arbore principal; 6 - masă; 7 - suport rotativ; 8 - sanie transversală; 9 consolă; 10 - sanie verticală. Mişcările de lucru sunt următoarele: - n – mişcarea principală de aşchiere, executată de arborele principal 5;

121 - wl – mişcarea de avans longitudinal, executată de masa maşinii 6; - wt – mişcarea de avans transversal, executată de sania transversală 8; - wv – mişcarea de avans vertical, executată de sania verticală 10, şi consola 9. Mişcările de poziţionare sunt următoarele: - wr – mişcarea de rotaţie a mesei în jurul unei axe verticale (suportul rotativ 7); - wp1 – mişcarea de poziţionare a braţului 3; - wp2 – mişcarea de poziţionare a suportului 4. Cinematica maşinii conţine următoarele lanţuri cinematice, reprezentate structural de asemenea în figura 5.36 şi anume: - lanţul cinematic principal, având formula structurală: ME1 – CV – 5, n, reglarea turaţiei realizându-se prin cutia de citeze CV; -lanţurile cinematice de avans, având formulele: ME2 – CA - 6, wl – avansul longitudinal; - 8, wt – avansul transversal; -10, wv – avansul vertical. reglate prin cutia de avansuri CA şi independente de lanţul cinematic principal. De precizat, că mişcările de avans nu pot fi comandate simultan, ci numai succesiv. Toate mişcările de avans sunt utilizate şi ca mişcări de poziţionare. Maşinile de frezat cu consolă orizontale sunt echipate şi cu un cap vertical de frezat, figura 5.36,b, compus din: 11-corp; 12-pinolă; 13-arbore principal vertical;14-suport. Prin retragerea braţului 3,capul vertical poate fi fixat pe batiu Fig.5.36 şi preluând mişcarea de la arborele orizontal 5 o transmite arborelui principal vertical 13.Corpul 11 poate fi rotit prin mişcarea de poziţionare wp3, astfel încât mişcarea de avans a pinolei, wp, acţionată manual, poate fi executată după o direcţie verticală sau înclinată (utilă la prelucrarea găurilor înclinate). De precizat, că există capete de frezat nereglabile, care nu sunt prevăzute cu pinolă şi suport rotativ.

122 5.4.1.2. Accesorii şi prelucrări specifice. Accesoriile maşinilor de frezat cu consolă sunt: - accesorii pentru prinderea sculei: reducţii (pentru prinderea sculelor cu coadă conică); dornuri scurte şi lungi (pentru scule cu alezaj); bucşe elestice şi mandrine (pentru scule cu coadă cilindrică de diametre mici); - accesorii pentru prinderea pieselor: menghine simple, rotative şi înclinabile, cu bacuri netede sau profilate; bride; dispozitive speciale; - accesorii pentru prelucrări speciale: capete divizoare; mese rotative; capete verticale cu antrenare rapidă: dispozitive de mortezat. Prelucrările realizate pe maşinile de frezat cu consolă sunt de o mare diversitate, unele mai reprezentative fiind prezentate în figura 5.37.

Fig.5.37 Suprafeţele plane orizontale pot fi prelucrate cu freze cilindrice (fig.5.37,a), cu freze cilindro-frontale (la lăţimi mici) sau cu capete de frezat (fig.5.37,d) montate în capul vertical (la lăţimi mari). Suprafeţele plane verticale pot fi prelucrate cu freze cilindro-frontale (fig.5.37, b), sau cu capete de frezat montate în arborele orizontal. Suprafeţele plane înclinate se pot prelucra înclinând semifabricatul (fig.5.37, c), înclinând capul vertical (mişcarea wp3), sau cu ajutorul frezelor unghiulare (fig.5.37, e). Suprafeţele profilate se pot prelucra utilizând freze disc profilate (fig.5.37, h, pentru lungimi mici ale profilului), sau cu freze combinate (fig.5.36, f, pentru profile complexe, de lungime mare). Canalele de diferite forme pot fi prelucrate utilizând freze deget (fig.5.36, g), freze

123 disc sau freze profilate (fig.5.36,e). În afară de prelucrările prin frezare pe maşinile de frezat cu consolă universale pentru sculărie (FUS-uri) se pot efectua şi operaţii de burghiere, adâncire, alezare cu scule dimensionale, utilizând capul vertical; operaţii de mortezare, utilizând capul de mortezat şi chiar prelucrări prin rectificare (utilizând capul cu antrenare rapidă, pentru sculă şi masa rotativă, pentru piesă). O categorie aparte de prelucrări, de complexitate mărită şi importanţă deosebită, o constituie cele realizate cu accesoriul special denumit cap divizor, care se montează pe masa maşinii şi serveşte la prinderea pieselor care necesită o mişcare de divizare sau pentru generarea elicelor şi a spiralelor. Capetele divizoare pot fi simple şi universale. Principul funcţional şi schema cinematică a capului divizor universal sunt redate în figura 5.38, în care s-au notat:1-arbore principal; 2-disc pentru divizare directă;3-indexor pentru divizare directă;4-angrenaj melcat;5-articulaţie cardanică;6-liră pentru roţi de schimb;7-roţi de schimb;8-indexor pentru blocare;9-disc pentru divizare indirectă; 10-braţ manivelă;11-indexor pentru divizare indirectă. Discul 2 este prevăzut cu un singur rând de găuri echidistante amplasate pe un cerc, în care pătrunde indexorul 3. Discul 9 este prevăzut cu mai multe rânduri de găuri de numere diferite, dispuse pe cercuri de raze diferite. De asemenea, capul divizor este prevăzut cu un set de trei discuri diferite, care pot fi schimbate cu uşurinţă. Reglarea indexorului 11 pe diferitele cercuri se realizează prin reglarea lungimii braţului 10.

Fig.5.38

Mişcarea de divizare (de rotire cu un unghi determinat) a arborelui principal 1 se poate realiza aplicând mai multe metode de divizare şi anume: divizarea directă; divizarea indirectă simplă şi indirectă diferenţială. Divizarea directă se realizează decuplând melcul z3 de roata melcată z4 şi utilizând discul 2 şi indexorul 3, care se deplasează peste un anumit număr de găuri g, calculat cu relaţia:

g

α P GD  , α D zP

(5.15)

în care P este unghiul de rotaţie necesar divizării piesei în zP părţi; D - unghiul la centru

124 între două găuri alăturate de pe disc; GD - numărul de găuri de pe disc. Metoda este simplă, dar oferă posibilităţi reduse de divizare şi are precizie redusă. Divizarea indirectă simplă se realizează cu roţile de schimb 7 demontate, cuplând angrenajul melcat 4, decuplând indexorul 3, blocând cu indexorul 8 discul 9 şi rotind manivela 10 cu un unghi determinat de trecerea indexorului 11 peste un anumit număr de găuri g, pe unul din cercurile discului 9, având GD găuri. Mişcarea se transmite la arborele principal 1 prin angrenajul cilindric z1 –z2 şi angrenajul melcat z3 –z4. Ecuaţia lanţului cinematic este următoarea:

αM 

z1 z3 360o ,   αP  z2 z4 zP

(5.16)

M fiind unghiul de rotaţie al manivelei, care poate fi exprimat în funţie de numerele de găuri de pe disc, cu relaţia:

g . GD Înlocuind relaţia (5.17) în relaţia (5.16) se obţine: α M  360o 

g  CD  în care CD 

GD , zP

(5.17)

(5.18)

z2 z4  reprezintă constanta capului divizor, având uzual valoarea CD = 40 (la z1 z3

mesele rotative CD =90; 120). În relaţia (5.18) există două necunoscute; pentru rezolvare, se recomandă scrierea ei sub forma:

CD g  . (5.19) zP GD Descompunând CD şi zP în factori primi, se determină fracţia primă echivalentă raportului CD /zP, care se amplifică apoi cu un număr întreg convenabil astfel încât la numitor să avem un număr GD existent pe discurile capului divizor; numărătorul fracţiei obţinute reprezintă numărul g de găuri peste care se deplasează indexorul 11. Metoda divizării indirecte simple prezintă avantajele că oferă posibilităţi mai largi de reglare şi asigură o precizie superioară, datorită demultiplicării mişcării prin angrenajul melcat z3 – z4. Limitele de reglare ale metodei apar atunci când zP este un număr prim mai mare decât cel mai mare număr GD; în acest caz se recurge la metoda de reglare diferenţială. Divizarea indirectă diferenţială se realizează deblocând discul 9 şi montând roţile de schimb 7, prin care se realizează o legătură cinematică între arborele principal 1 şi discul 9 (o legătură de reacţie de mişcare). Reglarea se realizează de la manivela 10, iar în timpul reglajului discul 9 se roteşte cu un unghi determinat de raportul de transmitere iRS al roţilor de schimb. Notând cu MR – unghiul de rotaţie relativă al manivelei faţă de disc şi cu DA – unghiul de rotaţie absolută al discului, se poate calcula unghiul de rotaţie absolută al manivelei, MA, cu relaţia:

αMA  αMR  αDA .

(5.20)

125 Considerând relaţiile (5.17) şi (5.19), putem scrie:

αMA  360o 

C CD g şi αMR  360o  D  360o  , za zP GD

(5.21)

în care za este un număr apropiat de zP, dar care satisface relaţia (5.19). Unghiul DA poate fi determinat scriind ecuaţia lanţului cinematic al buclei de reacţie:

 MA 

z1 z3 z z   i RS  5  7   DA . z2 z4 z6 z8

(5.22)

Înlocuind relaţiile (5.21) şi (5.22) în relaţia (5.20), rezultă:

i RS 

CD ( za  zP ) , za

(5.23)

care împreună cu relaţia:

CD g  , za GD

(5.24)

servesc la reglarea capului divizor. Prelucrarea canalelor elicoidale cu ajutorul capului divizor universal este posibilă pe maşinile de frezat cu consolă universale, utilizând freze deget, sau freze disc. Piesa de prelucrat se prinde pe masa maşinii în universalul capului divizor şi, pentru piese lungi, cu rezemare în vârful unei păpuşi mobile (accesoriu al capului divizor), care se fixează de asemenea pe masa maşinii. Capul divizor se leagă cinematic prin roţile de schimb 7 (fig.5.39) de şurubul mişcării de avans longitudinal al maşinii de frezat, 12. Acesta primeşte de la cutia de avansuri mişcarea de rotaţie nş, pentru realizarea mişcării de avans longitudinal cu viteza wl. Mişcarea nş se transmite la piesă prin intermediul capului divizor, determinând rotirea acesteia cu turaţia nP, Fig.5.39

care combinată cu mişcarea wl, generea-

126 ză elicea cu pasul pE. Deoarece viteza de avans wl este aceeaşi pentru toate elementele, se poate scrie:

w l  ns  ps  nP  pE 

ns pE  . nP ps

(5.25)

Scriind ecuaţia lanţului cinematic de mai sus:

ns  i RS 

z5 z7 z1 z3     nP , z6 z8 z2 z4

(5.26)

explicitând pe iRS şi ţinând cont de relaţia (5.25), se obţine:

i RS  CD 

ps , pE

(5.27)

care reprezintă formula de reglare a capului divizor. În cazul prelucrării mai multor canale elicoidale pe aceeaşi piesă, capul divizor serveşte şi la divizarea piesei, aceasta putându-se realiza numai prin metoda indirectă simplă. În cazul utilizării frezelor disc, este necesar ca maşina să dispună de mişcarea de poziţionare wr (fig. 5.36), în scopul rotirii piesei, pentru aducerea tangentei la elice în planul frezei. Unghiul de rotire al mesei maşinii în mişcarea de poziţionare wr, se calculează cu formula:

β  arctg

π D . pE

(5.28)

La prelucrarea canalelor spiral-arhimedice, pe suprafeţe plane, arborele principal al capului divizor se aduce în poziţie verticală, iar pentru reglare se utilizează relaţia (5.27), în care pE = psa (pasul spiralei). Capul divizor poate fi utilizat şi la prelucrarea cremalierelor cu precizie ridicată de pas, piesa fiind fixată pe direcţia longitudinală a mesei maşinii şi utilizând ca sculă o freză deget montată în arborele principal vertical. Capul divizor, montat pe masa maşinii, are discul 9 blocat, iar roţile de schimb 7 se montează între arborele său principal şi şurubul maşinii de frezat, astfel încât, deplasând manivela 11 peste g găuri pe un cerc cu GD găuri, mişcarea se transmite la masa longitudinală, care se va deplasa cu pasul cremalierei pc, formul de reglare a roţilor de schimb fiind următoarea:

i RS  CD 

pc GD  . ps g

(5.29)

Prelucrări cu divizare se pot executa şi cu ajutorul meselor rotative, dar acestea nu permit prelucrarea canalelor elicoidale şi spirale. 5.4.2. Maşini de frezat plan. Aceste maşini sunt destinate prelucrării suprafeţelor plane şi profilate orizontale, verticale sau înclinate, la piese de dimensiuni mijlocii-mari, în cadrul producţiei de serie. Ele permit utilizarea unor regimuri de prelucrare intense, datorită rigidităţii mărite a mesei,

127 care se deplasează în plan, sau după o singură direcţie, fiind amplasată direct pe batiu. Clasificarea lor se face după următoarele criterii: - după poziţia arborelui principal, există: maşini orizontale şi verticale, cu unul sau doi arbori; - după numărul montanţilor, pot fi: cu un montant şi cu doi montanţi; - după deplasările mesei, acestea pot fi: de translaţie după o singură direcţie, după două direcţii (în plan) şi cu masă rotativă. Cele mai răspândite sunt maşinile de frezat cu un montant. În figura 5.40,a este prezentat principiul constructiv şi funcţional al maşinilor orizontale, cu masă deplasabilă după o singură direcţie, care se compun din: 1-batiu; 2-masă mobilă; 3-arbore principal; 4pinolă de poziţionare; 5-cap de frezat; 6-montant.

Fig.5.40 Cinematica acestor maşini este simplă, conţinând următoarele mişcări: - n – mişcarea principală de aşchiere, realizată de sculă; - wl–mişcarea de avans longitudinal,executată de masa 2,amplasată direct pe batiu; - wpt – mişcarea de poziţionare transversală, executată de pinola 4; - wpv – mişcarea de poziţionare verticală, executată de capul de frezat 5. În figura 5.40, b este prezentată o maşină verticală, cu un montant, cu masă rotativă, care se compune din: 1-batiu; 2-sanie transversală; 3-masă rotativă; 4-arbore principal; 5-cap de frezat; 6-montant. Cinematica acestor maşini este formată din: - n – mişcarea principală, realizată de arborele 4; - wc – mişcarea de avans circular, realizată de masa rotativă 3; - wpt – mişcarea de poziţionare transversală, realizată de sania 2; Fig.5.40 - wpv – mişcarea de poziţionare verticală, realizată de capul de frezat 5. Aceste maşini, mai ales cele de dimensiuni mari, cu doi montanţi, au productivitate ridicată. La unele tipuri pe masă sunt prevăzute mai multe posturi de lucru şi unul sau mai

128 multe de alimentare, astfel că prelucrarea se poate realiza în mod continuu. 5.4.3. Maşini de frezat longitudinal. Maşinile de frezat longitudinal, sau portal, sunt destinate prelucrării suprafeţelor plane sau profilate, la piese de dimensiuni mari. Fiind dotate cu două până la patru capete de frezat, care prelucrează simultan, aceste maşini au o productivitate foarte ridicată, fiind utilizate în producţia de serie. După modul de execuţie al mişcării de avans, aceste maşini pot fi: cu masă (piesă) mobilă, sau cu portal (scule) mobile, cele mai răspândite fiind primele. Principiul lor constructiv şi funcţional este prezentat în figura 5.41, în care s-au făcut următoarele notaţii:

Fig.5.41 1-batiu; 2-masă longitudinală; 3,16-capete de frezat orizontale; 4-pinolă;5-arbore principal; 6-traversă mobilă; 7,15-montanţi; 8-grindă de rigidizare; 9,14-sănii transversale; 10,13capete de frezat verticale; 11,12-suporţi rotativi. Cinematica maşinii realizează următoarele mişcări: - n – mişcări principale de aşchiere, realizate independent prin lanţuri cinematice proprii fiecărui cap de frezat; - wl – mişcarea de avans longitudinal a mesei; - wpt – mişcări de poziţionare transversale, realizate de pinole, la capetele orizontale, şi de sănii la capetele verticale; - wpv – mişcări de poziţionare verticale, realizate de pinole, la capetele verticale, şi de capetele de frezat orizontale, precum şi de traversa mobilă 6;

Fig.5.41

129 - wpr – mişcări de poziţionare de înclinare a capetelor de frezat verticale, executate de suporţii rotativi 11, 12. Maşinile cu masă mobilă prezintă dezavantajul că la piese grele, forţele de frecare fiind mari, precizia mişcării de avans este redusă, iar lungimea ghidajelor trebuie să fie dublă faţă de lungimea mesei; aceste dezavantaje nu mai apar la maşinile cu portal mobil.

Un exemplu de prelucrare a unei piese de tip carcasă este prezentat în figura 5.42. În funcţie de lăţimea suprafeţei prelucrate, sculele folosite pot fi freze cilindro-frontale sau capete de frezat.

Fig.5.42

5.4.4. Maşini de frezat specializate. În această grupă se încadrează acele maşini concepute special pentru prelucrarea prin frezare a unui anumit tip de suprafaţă, sau pentru generarea suprafeţei într-un anumit mod. Cele mai importante sunt maşinile de frezat filete, maşinile de frezat prin copiere şi maşinile de danturat prin frezare cu freză melc, acestea din urmă fiind tratate în alt capitol. Fig.5.42 5.4.4.1. Maşini de frezat filete. Prelucrarea filetelor prin frezare este mai productivă decât prin strunjire, dar mai puţin precisă, fiind utilizată în producţia de serie pentru prelucrare finală sau numai pentru degroşare. După lungimea filetului prelucrat, maşinile de frezat filete pot fi împărţite în două grupe: - maşini de frezat filete scurte, utilizând o freză cilindrică profilată având mai multe rânduri de dinţi dispuşi circular; - maşini de frezat filete lungi, folosind o freză disc profilată. Ambele grupe permit prelucrarea atât a filetelor exterioare cât şi a celor interioare de diametre mijlocii-mari. Principiul de lucru al maşinilor de frezat filete scurte este prezentat în figura 5.43.Scula este o freză profilată cu mai multe rânduri de dinţi dispuşi circular şi având lungimea mai mare decât a piesei de prelucrat cu cel puţin doi paşi. Ea se roteşte cu turaţia ns care asigură viteza principală de aşchiere vz:

130 π  Ds  ns [m/min], (5.30) 1000 [mm] fiind diametrul frezei. De asemenea, scula vz 

Ds execută mişcarea de avans radial wr, care determină în final şi diametrele filetului prelucrat. Piesa P, având iniţial formă cilindrică cu diametrul egal cu diametrul exterior al filetului, execută o mişcare de avans cicular wc , simultan cu o mişcare de avans axial wl, prin combinarea celor două mişcări fiind generată cinematic elicea directoare. Viteza de avans circular se de-

Fig.5.43

termină cu relaţia w c  sd  z  ns (sd – avansul pe dinte şi z – numărul de dinţi), iar cea de avans axial cu formula:

w l  tg α  w c 

pE  sd  z  ns , π  D2

(5.31)

în care: pE este pasul elicei filetului piesei, D2 – diametrul mediu al filetului, iar  - unghiul de înclinare a elicei filetului. Principiul constructiv şi funcţional al maşinilor de frezat filete scurte este redat în figura 5.44, în care s-au notat: 1-batiu; 2-sanie longitudinală; 3-păpuşă portpiesă; 4-arbore Fig.5.43 de prindere a piesei; 6-arbore principal portsculă; 7-cap de frezat. port-piesă; 5-dispozitiv Cinematica maşinii realizează următoarele mişcări: -ns – mişcarea principală, executată de arborele principal portsculă 6; -wr – mişcarea de avans radial, efectuată de capul de frezat 7; -wc – mişcarea de avans circular, realizată de arborele portpiesă 4; -wa – mişcarea de avans axial, Fig.5.44

realizată de sania longitudinală 2. Mişcările wa şi wr sunt şi miş-

cări de reglare. Ciclul de lucru al acestor maşini este automatizat, o piesă fiind prelucrată la o singură trecere, lungimea cursei axiale fiind mică (puţin mai mare decât pE), astfel încât se obţine o productivitate ridicată. 5.4.4.2. Maşini de frezat prin copiere. Frezarea prin copiere permite realizarea unor suprafeţe profilate cu lungimea mare a profilului. Materializat pe un şablon, model sau piesă etalon, profilul este transpus pe piesă utilizând un dispozitiv de copiere, care generează suprafaţa piesei pe cale cinematică, prin varierea şi corelarea mişcărilor de avans. Prin această metodă se pot prelucra Fig.5.44

131 profile plane (came disc, frontale, etc.) sau profile spaţiale (suprafeţele matriţelor, ale palelor elicelor de aviaţie, etc.) Sculele folosite pentru prelucrare sunt frezele deget cilindrice (la copieri plane şi la copierea canalelor) sau conice (la copierea suprafeţelor spaţiale). Copierea se poate realiza la scară naturală (1:1) sau prin reducere la scară, mai rar prin mărire. După natura lor, dispozitivele de copiat pot fi: mecanice, hidraulice, electrice, etc., fiecare realizând performanţe specifice. Principiul de lucru al maşinilor de frezat prin copiere mecanică este prezentat în figura 5.45, în care s-au notat: 1-sanie longitudinală; 2-model; 3-palpator; 4-cap de frezat; 5-arbore principal portsculă; 6-piesa de prelucrat. Piesa,o camă spaţială,şi modelul, 2, având aceeaşi formă şi dimensiuni, cu excepţia adâncimii canalului, care este mai mare, sunt montate pe un arbore lăgăruit în sania longitudinală 1, care se poate deplasa axial pe ghidajul batiului. Pentru prelucrare se porneşte mişcarea principală a frezei, n, se introduce palpatorul 3 Fig.5.45

(care are lungime mai mare decât scula) în canalul modelului 2, se porneşte avansul radial wr şi se pătrunde pe adâncimea de aşchiere t stabilită, după care se porneşte mişcarea de avans circular wc. Palpatorul, urmărind canalul din model, determină deplasarea axială wa a saniei 1, determinând reproducerea profilului pe piesa 6; după o rotaţie, se reglează o nouă adâncime t şi se execută încă o trecere,ş.a.m.d., până la prelucrarea canalului la adâncimea prescrisă. Mecanismul de copiere este simplu, dar prezintă dezavantajul că forţele de aşchiere sunt preluate de palpator, deci frecările şi uzurile sunt mari, obţinându-se o precizie de prelucrare redusă. De asemenea, unghiul maxim de pantă al profilului este limitat la cca. 60 .

Fig.5.45 Maşinile de frezat prin copiere cu pantograf, reprezintă o grupă distinctă de maşini utilizate la prelucrări de mecanică fină. Pantograful este un dispozitiv mecanic cu bare articulate, reprezentat schematic în figura 5.46, având la bază mecanismul tip paralelogram deformabil ABCD, articulat în punctul fix O. Dacă punctele G, F, E şi O sunt coliniare, montând în G un palpator care să urmărească profilul curbei  materializat pe un şablon, punctele F, E, în care se poate monta scula de frezat (o freză deget), vor descrie curbele ’ şi respectiv ” asemenea cu , dar, reduse la scară cu rapoartele de reducere:

132 OF OE . (5.32) si i ''  OG OG Inversând locul sculei cu al palpatorului se obţin rapoartele inverse, de multiplicare. i ' 

Rapoartele de transmitere de mai sus pot fi reglate prin deblocarea culisei blocabile CB şi modificarea distanţei OA . Pentru asigurarea

Fig.5.46

condiţiei de coliniaritate a punctelor O, E, F şi G, pe barele OA, AD, DC şi CG sunt prevăzute rigle gradate direct în valorile raportului i. Pe acest principiu s-au construit maşini pentru prelucrarea profilelor plane, dar şi pentru suprafeţe spaţiale.

Maşinile de frezat prin copiere cu pantograf prezintă în principiu aceleaşi avantaje şi dezavantaje ca şi dispozitivele mecanice prezentate anterior, dar prin reducerea la scară se reduc şi erorile profilului de pe şablon, astfel că ele asigură o precizie de prelucrare superioară. Se utilizează la prelucrarea pieselor de dimensiuni mici şi la operaţii de gravare mecanică. Maşinile de frezat prin copiere dotate cu dispozitive de copiat hidraulice sau electromecanice, reprezintă o grupă importantă de maşini de copiat destinată în principal prelucrării suprafeţelor spaţiale de dimensiuni mari ale matriţelor de forjat şi a celor de ambutisat (pentru caroserii, piese din tablă, etc.). Dispozitivele de copiat utilizate pe aceste maşini fac parte din grupa sistemelor automate de urmărire, prezentate pe scurt în subcapitolul 4.5.4. Palpatorul, care Fig.5.46 explorează suprafaţa modelului, primeşte semnale de intrare sub forma unor deplasări liniare, ce se transmit unui element traductor – amplificator - care le converteşte şi le amplifică în putere, fiind apoi aplicate unui element de execuţie (motor) care realizează deplasarea sculei pe aceeaşi traiectorie ca a palpatorului. Datorită amplificării foarte mari de forţă (5·103104), forţa de palpare a modelului este foarte mică (1…30 [N]), astfel că uzurile şi deformaţiile sunt mici, modelul putând fi fabricat din materiale mai uşor de prelucrat (lemn, răşini sintetice, etc.). Performanţele acestor dispozitive de copiat sunt superioare dispozitivelor mecanice, ele putând prelucra profile cu unghi de pantă până la 90 cu o precizie de ordinul sutimilor de milimetru şi la productivităţi mult mai mari. Clasificarea maşinilor de frezat prin copiere se poate face după poziţia arborelui principal (care dă şi direcţia principală de urmărire), în maşini orizontale şi maşini verticale; şi după natura dispozitivului de copiere şi numărul de axe pe care viteza de avans variază dependent de panta profilului (numărul de coordonate).

133 Principiul constructiv şi funcţional al maşinilor de frezat prin copiere orizontale este redat în figura 5.47,a. Maşina se compune din următoarele elemente: 1-batiu; 2-sanie de poziţionare; 3-masă; 4-suport piesă; 5-suport model; 6-traductor – amplificator; 7-cap de frezat, 8-sanie verticală; 9-montant. Cinematica maşinii realizează următoarele mişcări: - n – mişcarea principală de aşchiere, executată de scula S; - wc – mişcarea de copiere, efectuată de capul de frezat 7; - wv – mişcarea de avans vertical, realizată de sania verticală 8; - wt – mişcarea de poziţionare repetată, pas cu pas, pe direcţie transversală, executată de masa 3; - wpc – mişcare de poziţionare în vederea reglării adâncimii de prelucrare, executată de pinola arborelui principal; - wpM – mişcarea de poziţionare a mesei 3; - wp – mişcarea de explorare a palpatorului.

Fig.5.47 Se cunosc mai multe scheme de lucru pentru prelucrarea suprafeţelor spaţiale, cea mai răspândită fiind cea prezentată în figura 5.47,b. Astfel curba generatoare G este prelucrată

cu

viteza

de

urmărire

wUG  wC  wv ,obţinută prin compunerea vitezei de copiere wc cu cea de avans vertical wv. La capetele de cursă mişcarea wv schimbă sensul şi se execută deplasarea cu un pas st în mişcarea de avans transversal wt, în continuare fiind prelucrată o generatoare alăturată, ş.a.m.d, până la prelucrarea întregii suprafeţe.

134 Curba directoare este generată de mişcarea intermitentă wUD  w c  w t . Datorită execuţiei intermitente a mişcării wt cu pasul st (avansul transversal) directoarea reală DR diferă de cea teoretică DT, de pe model, fiind formată dintr-o succesiune de directoare elementare în formă de arc de cerc având raza vârfului sculei. Precizia de generare a curbei G depinde de precizia de urmărire a dispozitivului de copiat, iar a curbei D depinde , în principal, de mărimea avansului st şi de raza la vârful sculei.

5.5. Maşini de rabotat şi mortezat. Procedeul de prelucrare prin rabotare se aseamănă cu cel al mortezării, ambele folosind o sculă asemănătoare cuţitului de strung, diferenţa dintre cele două procedee constând în faptul că mortezarea se utilizează cu precădere la prelucrarea suprafeţelor interioare de dimensiuni mici, motiv pentru care scula este orientată pe direcţia de deplasare, de obicei verticală. De asemenea, la ambele procedee mişcarea principală este rectilinie alternativă, având o cursă de lucru (activă) şi una de întoarcere în poziţie iniţială (pasivă), astfel încât productivitatea pe ciclu cinematic este mult redusă faţă de procedeele cu aşchiere continuă. 5.5.1. Maşini de rabotat. Maşinile de rabotat se utilizează în principal la prelucrarea suprafeţelor exterioare plane (orizontale, verticale sau înclinate) şi a celor profilate, cu lungimi mici sau mari ale profilului (curba G) şi lungimi mari ale suprafeţei (curba D). Principiul procedeului de prelucrare prin rabotare a fost prezentat în figura 2.4. Datorită impactului sculei cu materialul de prelucrat la fiecare cursă, aceasta se confecţionează de regulă din oţel rapid şi este mai robustă decât cuţitele de strunjit, fiind preferate cuţitele încovoiate (fig.5.48), care preiau şocurile mai favorabil. După elementul care execută mişcarea principală de aşchiere, maşinile de rabotat sunt de două tipuri: maşini de rabotat cu cap mobil, sau sculă mobilă; Fig.5.48 maşini de rabotat cu masă mobilă, la care piesa execută mişcarea principală. După destinaţie, există maşini universale şi specializate (pentru prelucrarea muchiilor tablelor, a suprafeţelor cilindrice şi de danturat). După natura mecanismelor de antrenare, pot fi: mecanice sau hidraulice.

135 5.5.1.1. Maşini de rabotat cu cap mobil. Maşinile de rabotat cu cap mobil, denumite şi maşini de rabotat transversal sau şepinguri, sunt maşini universale utilizate în producţia de unicate sau serie mică, la prelucrarea pieselor mici, a căror lungime nu depăşeşte 1000 [mm]. Principiul constructiv şi funcţional al şepingurilor mecanice este prezentat în figura5.49.Ele se compun din următoarele elemente:

1 - placă de bază; 2 - batiu; 3 - cap mobil (berbec); 4 - cap rotativ; 5 - sanie portcuţit; 6 - suport portcuţit; 7 - sanie verticală; 8 - sanie orizontală; 9 – masă; 10 - reazem reglabil.

Fig.5.49 Cinematica maşinii este alcătuită din următoarele mişcări: - v – mişcarea principală executată de scula S antrenată de capul mobil 3; - wt – mişcarea de avans transversal, o mişcare intermitentă (pas cu pas), executată de piesa fixată pe masa 9; - wS – mişcarea de avans a sculei, executată de sania portcuţit 5, după direcţie verticală sau înclinată; - wp1 – mişcarea de poziţionare a berbecului (de reglare a poziţiei capătului de cursă al mişcării principale); - wp2 – mişcarea de poziţionare a piesei (de reglare aproximativă a poziţiei piesei); - wp3 – mişcarea de poziţionare unghiulară a capului rotativ 4 (de reglare a direcţiei mişcării de avans wS); - wp4 – mişcarea de poziţionare repetată a sculei, executată sincron cu cursele mişcării principale v, în scopul eliminării frecării feţei de aşezare a sculei pe suprafaţa prelucrată, la cursa de întoarcere a mişcării v. Fig.5.49 Mişcarea principală v este realizată de lanţul cinematic principal alcătuit din: ME – motor electric de antrenare; CV – cutie de viteze; MT – mecanism de transformare a

136 mişcării de rotaţie în mişcare de translaţie, cel mai utilizat fiind mecanismul cu culisă oscilantă. Mişcarea principală necesită următoarele reglaje: - poziţia cursei, reglată manual prin mişcarea wp1; - lungimea cursei, reglată manual prin mecanismul cu culisă oscilantă; - numărul de curse duble pe minut (frecvenţa mişcării), care se reglează prin cutia de viteze CV. Viteza medie de aşchiere v depinde de lungimea cursei Lc [mm], stabilită în funcţie de lungimea suprafeţei de prelucrat, corelată cu numărul de curse duble pe minut nc, după relaţia aproximativă:

v 

2Lnc 1000

[m/min].

(5.33)

Stabilirea nc se face cu ajutorul unei diagrame existentă la maşină, trasată pe baza relaţiei (5.33). Mişcările de avans wt şi wS sunt mişcări intermitente, pas cu pas, executate sincron cu mişcarea principală v, la sfârşitul fiecărei curse de întoarcere. Ele sunt realizate de mecanisme cu clichet combinate cu alte mecanisme, care permit reglarea mărimii pasului şi a sensului de deplasare. Datorită rigidităţii reduse, determinată de aşezarea mesei în consolă faţă de batiu, precum şi lungimii variabile în consolă a berbecului, şepingurile asigură o precizie de prelucrare redusă, fiind utilizate mai mult la lucrări de întreţinere-reparaţii. 5.5.1.2. Maşini de rabotat cu masă mobilă. Maşinile de rabotat cu masă mobilă, denumite şi maşini de rabotat longitudinal, sau raboteze, sunt destinate prelucrării suprafeţelor de lungimi mari şi lăţimi reduse, la piese de dimensiuni mari şi foarte mari (lungimi de ordinul 1[m]). La aceste maşini piesa, prinsă pe masa maşinii, execută mişcarea principală de aşchiere, iar sculele, fixate în mai mulţi suporţi portcuţit, execută mişcările de avans. Deplasarea mesei pe ghidajele batiului asigură acesteia o rigiditate mare şi constantă pe toată lungimea cursei, astfel încât precizia de prelucrare este ridicată, ajungând la 0,02 [mm] / 3[m]; prin prelucrarea simultană cu mai multe scule se realizează o productivitate mare, aceste maşini fiind recomandate pentru producţia de serie. La prelucrarea suprafeţelor de lungime mare, rabotarea asigură performanţe de precizie şi productivitate superioare frezării (procedeu rival). Maşinile de rabotat longitudinal sunt de două tipuri: cu un montant şi cu doi montanţi, acestea din urmă fiind mai răspândite, datorită performanţelor mai bune. După natura mecanismelor pentru realizarea mişcării principale, rabotezele pot fi cu acţionare electromecanică sau hidraulică. Principiul constructiv şi funcţional al maşinilor de rabotat longitudinal cu doi montanţi este prezentat în figura 5.50, în care sunt evidenţiate următoarele elemente:

137 1-batiu;2-masă longitudinală;3-sanie verticală;4-suport rotativ;5-sanie portcuţit;6-traversă mobilă;7-montant;8,9-cărucioare superioare;10-grindă de rigidizare;11-cărucior lateral;S1, S2 , S3 , S4-suporţi portcuţit.

Fig.5.50 Masa 2 execută mişcarea principală de aşchiere,v, deplasându-se pe ghidajele batiului 1 care au o lungime dublă faţă de lungimea mesei. Pe ghidajele verticale ale montanţilor 7, lateral faţă de masa 2, sunt dispuse două cărucioare laterale care poartă suporţii portsculă S1 şi S4.Pe aceleaşi ghidaje se poate poziţiona pe verticală traversa 6, care susţine cărucioarele superioare 8 şi 9 pe care se află amplasaţi suporţii portcuţit S2 şi S3. Cinematica maşinii permite realizarea următoarelor mişcări: - v - mişcarea principală de aşchiere, o mişcare rectilinie alternativă; - wv1…wv4 – mişcări de avans vertical; - wt1…wt4 – mişcări de avans transversal; - wp1…wp4 – mişcări de poziţionare unghiulară; - wp5 – mişcarea de poziţionare verticală a traversei mobile 6. Toate mişcările de avans sunt mişcări intermitente (pas cu pas) realizate sincron cu ajutorul unor mecanisme cu clichet, executate la sfârşitul cursei de întoarcere a mişcării v. Mişcările de poziţionare unghiulară permit reglarea direcţiilor de deplasare ale săniilor portcuţit, astfel încât mişcările de avans ale acestora pot fi realizate pe direcţie orizontală, verticală sau înclinată. Fig.5.50

138 Prelucrările realizate pe maşinile de rabotat longitudinal permit obţinerea aceloraşi tipuri de suprafeţe ca pe şepinguri, adică plane orizontale, verticale sau înclinate, canale de diferite forme; suprafeţele profilate se pot prelucra cu scule profilate (pentru lungimi mici ale profilului), prin descompunerea profilelor complexe în suprafeţe simple, sau prin utilizarea unor dispozitive speciale, cum sunt cele pentru prelucrarea suprafeţelor circulare (cilindrice) cu rază mare sau mică. 5.5.2. Maşini de mortezat. Mortezarea este prelucrarea prin aşchiere la care mişcarea principală (rectilinie alternativă) este executată de sculă într-un plan vertical, iar mişcările de avans sunt efectuate de piesă. Principiul prelucrării prin mortezare rezultă din figura 5.51. La prelucrarea unui canal de pană (fig.5.51,a) scula S, având lăţimea canalului, execută mişcarea principală v, iar piesa mişcarea intermitentă de avans transversal wt. La prelucrarea unui butuc canelat (fig.5.51,b), după prelucrarea unui canal, piesa execută mişcarea de divizare wd, în vederea prelucrării canalului următor. Clasificarea maşinilor de mortezat se poate face după mărime (în funcţie de lungimea cursei berbecului ), după construcţia şi posibilităţile de reglare ale capului de mortezat, acesta putând fi: fix, Fig.5.51 înclinabil şi reglabil vertical, şi după natura mecanismelor de acţionare, care pot fi: mecanice sau hidraulice. Cele mai răspândite sunt maşinile de mortezat mecanice cu cap înclinabil, având principiul constructiv şi funcţional reprezentat în figura 5.52, în care s-au notat: 1-batiu; 2montant; 3 - suport rotativ; 4 - berbec; 5 - suport portcuţit; 6 - masă rotativă; 7 - sanie longitudinală; 8 - sanie transversală. Capul de mortezat este format din suportul rotativ 3 şi berbecul 4. Cinematica maşinii realizează următoarele mişcări: -v – mişcarea principală, executată de berbecul 4; - wc – mişcarea de avans circular, executată de masa rotativă 6; - wl – mişcarea de avans longitudinal, efectuată de sania longitudinală 7; - wt – mişcarea de avans transversal, executată de sania transversală 8; - wp1 - mişcarea de poziţionare a berbecului; Fig.5.51

139 - wp2 – mişcarea de poziţionare de înclinare a capului de mortezat, executată de suportul rotativ 3. Reglajele necesare mişcării principale v sunt aceleaşi ca la şepinguri. Mişcările de avans sunt mişcări intermitente realizate sincron cu mişcarea principală v. Ele pot fi utilizate şi ca mişcări de poziţionare, în acest caz fiind executate ca mişcări continue. La unele maşini masa 6 este de tip masă divizoare, permiţând şi realizarea de mişcări de divizare de precizie ridicată. Mişcarea de poziţionare wp2 per-

Fig.5.52

mite reglarea direcţiei mişcării principale într-un plan vertical, fiind utilă la

prelucrarea suprafeţelor înclinate. Având o cinematică mai complexă, maşinile de mortezat oferă posibilităţi de prelucrare mai largi decât şepingurile sau rabotezele, datorită mişcărilor suplimentare wc şi wp2.

5.6. Maşini de broşat. Maşinile de broşat sunt maşini-unelte specializate în realizarea pieselor prin procedeul broşării. Principiul broşării a fost prezentat în figura 2.8, pentru un caz concret, dar prelucrările prin broşare sunt de o mare diversitate, prin acest procedeu putându-se prelucra atât suprafeţe interioare cât şi exterioare, circulare sau plane, simple sau profilate, la o precizie dimensională, de formă şi de poziţie de ordinul  0,01 [mm] şi cu productivităţi foarte mari. Elementul cel Fig.5.52 mai important din cadrul unui sistem tehnologic de prelucrare prin broşare este scula aşchietoare (broşa), care determină direct precizia de prelucrare, aceasta fiind de regulă o sculă dimensională, profilată, fabricată din oţel rapid.

140 După natura mişcării principale broşele pot fi de două tipuri: liniare, realizând prelucrarea printr-o mişcare de translaţie (fig.2.8), şi circulare, la care mişcarea principală este o mişcare de rotaţie (fig.5.106). De obicei, prelucrările prin broşare se realizează dintr-o singură trecere, utilizând o sculă singulară; atunci când aceasta ar avea însă o lungime prea mare, de aici decurgând o serie de dezavantaje legate de posibilitatea de realizare a broşei la precizia necesară, rigiditatea redusă şi exploatarea greoaie (sau chiar imposibilă), se recurge la soluţia set de broşe, prelucrarea realizându-se din mai multe treceri. Maşinile de broşat au o cinematică simplă şi o construcţie robustă, impusă de forţele de aşchiere care au valori foarte mari ( 104… 105 [N]). Caracteristicile principale ale maşinilor de broşat sunt: lungimea maximă a cursei broşei şi forţa maximă de tragere. Cele mai răspândite sunt maşinile de broşat liniar, care după direcţia de execuţie a mişcării principale pot fi orizontale şi verticale (mai rar înclinate). Maşinile de broşat orizontale se utilizează în principal la prelucrarea suprafeţelor interioare, care necesită scule de lungimi mari. Principiul constructiv şi funcţional al acestor maşini este prezentat în figura 5.53, în care s-au evidenţiat următoarele elemente: 1 - batiu; 2 - braţ suport; 3 - suport portbroşă;

Fig.5.53 4 – broşă (scula); 5 – dispozitiv de prindere a piesei; 6 – dispozitiv de prindere a broşei; 7 – motor hidraulic de acţionare; GH – grup hidraulic. Broşa, introdusă prin piesă (prevăzută cu un alezaj iniţial apropiat de dimensiunile suprafeţei prelucrate) este fixată în dispozitivul de prindere şi acţionare 6, iar la celălalt capăt este rezemată pe suportul mobil 3, care se deplasează odată cu scula pe ghidajele braţului 2. Acţionarea maşinilor de broşat se realizează aproape în exclusivitate cu sisteme hidraulice, deoarece acestea corespund cel mai bine cerinţelor acestor maşini. La maşina prezentată, acţionarea capului de lucru 6 este asigurată de motorul hidraulic 7, alimentat de grupul hidraulic GH. Reglarea vitezei principale de aşchiere v (între 3…10 [m/min]) se Fig.5.53lungimea şi poziţia cursei – cu ajutorul realizează utilizând pompe de debit reglabil,

141 limitatoarelor de cursă, iar inversarea sensului (pentru aducerea sculei în poziţia iniţială) – cu ajutorul distribuitoarele hidraulice, sau utilizând pompe reversibile. Maşinile de broşat verticale se construiesc mai ales pentru prelucrarea suprafeţelor exterioare, dar şi ca maşini de broşat universale, putând prelucra atât suprafeţe exterioare cât şi interioare. Ele prezintă avantajul că ocupă o suprafaţă de producţie mai mică şi au o deservire mai uşoară. Principiul constructiv şi funcţional al maşinilor verticale de broşat este redat în figura5.54,în care s-au notat: 1 - batiu; 2 - masă reglabilă; 3-dispozitiv de prindere a piesei; 4-sanie portsculă; 5-montant. Sania portsculă 4 execută mişcarea principală de aşchiere v, iar masa 2 mişcarea de poziţionare wp. Aceste maşini pot lucra şi în ciclu semiautomat: iniţial masa 2 este retrasă în vederea schimbării piesei, după care aceasta se apropie în mişcare wp până în poziţia prestabilită unde se blochează şi se comandă coborârea saniei 4 în mişcarea v; la terminarea cursei active se retrage masa 2, iar apoi şi sania 4, în vederea evitării frecării sculei de piesă la cursa de întoarcere. Pe sania 4 se poate monta la partea inferioară un dispozitiv de prindere a broşelor de interior, astfel încât maşina Fig.5.54 capătă un caracter universal. Pentru fabricaţia de serie foarte mare sau de masă se construiesc maşini de broşat speciale, cu prelucrare continuă, la care broşa este fixă, iar piesele, fixate în dispozitivele de prindere, sunt trecute succesiv prin dreptul sculei, unde are loc prelucrarea. Dispozitivele de prindere ale pieselor sunt fixate pe o masă rotativă sau pe un lanţ special cu deplasare continuă, schimbarea semifabricatului făcându-se din mers.

5.7. Maşini de rectificat. Maşinile de rectificat sunt maşini specializate în efectuarea prelucrărilor de aşchiere prin procedeul rectificării (fig.2.9). Rectificarea este utilizată în vederea prelucrărilor de finisare a suprafeţelor pieselor tratate termic sau nu, permiţând realizarea celor mai ridicate precizii dimensionale şi de formă ( 0,001[mm]) şi a unor rugozităţi Rz  1 [m]. Aceste performanţe se obţin datorită adaosului de prelucrare mic ( 0,1[mm]), specificului de lucru al sculelor aşchietoare, care Fig.5.54

142 desprind aşchii de grosime foarte mică distribuite aleator pe suprafaţa prelucrată, precum şi rigidităţii şi preciziei geometrice ridicate a sistemului tehnologic de prelucrare, în special a maşinii-unelte. 5.7.1. Scule abrazive. Sculele aşchietoare folosite la rectificare se numesc corpuri sau pietre abrazive. Ele sunt formate din (fig.5.55): 1 - particule abrazive; 2 - liant solid; 3 - pori. Particulele abrazive se clasifică după mărime în: granule abrazive (2500…160 [m]), pulberi abrazive (160…40 [m]) şi micropulberi abrazive (40…3 [m]). La fabricarea corpurilor abrazive se utilizează granulele şi pulberile abrazive. Materialele folosite la fabricarea particulelor abrazive pot fi împărţite în trei grupe: - pe bază de oxizi de aluminiu naturali sau sintetici: Fig.5.55

corindon, electrocorindon, şmirghel, abrazit, etc.; - pe bază de siliciu: cuarţ, cremene, gresie, sticlă, etc.; - pe bază de carbon: diamant, carbură de siliciu (carborund), carbură de bor, etc. Liantul are rolul legării particulelor abrazive între ele şi menţinerii formei corpului abraziv. După natura lor lianţii pot fi: - anorganici (sau ceramici), cel mai des un amestec de argilă, feldspat, cuarţ şi caolin, care se sinterizează la 1200…1300C; - organici, Fig.5.55pe bază de lacuri (şerlac), bachelită sau cauciuc natural sau sintetic. Liantul este elementul care dă pietrei abrazive caracteristica de duritate, care reprezintă capacitatea de menţinere a granulelor uzate, sub acţiunea forţelor exterioare. Se cunosc cinci grupe de duritate notate cu litere ale alfabetului latin şi înscrise pe corpul abraziv: foarte moale (E, F, G); moale (H, I, J, K); mijlocie (L, M, N, O); tare (P, Q, R, S) şi foarte tare (T, U, V, Z). Duritatea unui corp abraziv prezintă o importanţă foarte mare privind fenomenul de autoascuţire, care constă din desprinderea particulelor uzate ca urmare a creşterii forţelor de aşchiere şi refacerea automată a capacităţii de aşchiere a corpului abraziv. Pentru ca acest fenomen să fie folositor, duritatea pietrei trebuie să corespundă materialului de prelucrat şi regimului de lucru. De regulă, pietrele abrazive dure se folosesc la rectificarea materialelor moi, iar cele moi pentru materiale dure, excepţie făcând materialele foarte moi (neferoase) care se rectifică cu pietre foarte moi şi poroase. Porii corpului abraziv prezintă o importanţă deosebită, deoarece ei servesc ca spaţii de acumulare a aşchiei şi totodată asigură pătrunderea lichidului de răcire-ungere cât mai aproape de muchiile aşchietoare active. La pietrele normale porii au mărimea granulelor abrazive şi ocupă cca. 50 [%] din volumul pietrei, iar la cele poroase ajung la cca. 75 [%] din volum.

143 După un anumit timp de prelucrare, funcţie de regimul de lucru, porii sculei se înfundă (îmbâcsesc) cu materialul prelucrat, corpul abraziv pierzându-şi capacitatea de aşchiere: debitul de aşchii scade, frecările şi forţele de aşchiere cresc, temperatura de asemenea, apărând arsuri pe suprafaţa prelucrată. Refacerea capacităţii de aşchiere a sculei se realizează îndepărtând stratul superficial cu ajutorul unui vârf de diamant, sau de carbură dură, sau cu ajutorul unui corp abraziv cu granulaţie mai fină şi duritate mai mare, refăcându-se cu această ocazie şi forma geometrică a corpului abraziv. Această operaţie se numeşte de îndreptare a corpului abraziv. În figura 5.56 sunt prezentate diferite forme de corpuri abrazive: discuri abrazive (acilindric, b – profilat, c – taler); pietre oală (d – cilindrică, e – tronconică); bare abrazive (de diferite forme ale secţiunii, f…j ); pietre cu tijă, pentru rectificări interioare (de diferite forme şi mărimi, k…n ). Discurile şi oalele abrazive sunt prevăzute cu alezaj de diametru mic sau mare şi se montează direct sau indirect pe arborele maşinii, cu ajutorul unor

Fig.5.56

flanşe de prindere şi a unor contragreutăţi de echilibrare; barele abrazive se montează sub formă de segmenţi pe capete de rectificat, iar pietrele cu coadă se prin în bucşe elastice.

Clasificarea maşinilor de rectificat se poate face după mai multe criterii, cel mai important fiind tipul suprafeţei prelucrate, după care se cunosc: - maşini de rectificat rotund (suprafeţe de revoluţie), cilindrice sau profilate, exterioare sau interioare, cu prinderea piesei între vârfuri sau fără centre; - maşini de rectificat plan, cu periferia discului sau cu partea frontală a acestuia; - maşini de rectificat speciale: pentru filete, roţi dinţate, arbori cotiţi, arbori cu came, prin copiere, de ascuţit scule, etc. Dintre acestea, în continuare vor fi prezentate cele mai răspândite şi anume: maşinile de rectificat rotund universale; maşinile de rectificat rotund fără centre; maşinile de rectificat rotund interior cu cap de prindere; maşinile de rectificat interior planetare; maşinile de rectificat plan cu periferia discului abraziv (orizontale); maşinile de rectificat plan frontale (verticale); maşinile de rectificat filete şi maşinile de rectificat prin copiere. Fig.5.56

144 5.7.2. Maşini de rectificat rotund. Aceste maşini sunt concepute pentru prelucrarea suprafeţelor circulare (de revoluţie) fiind de mai multe tipuri şi anume: - maşini de rectificat rotund exterior, care pot fi: - cu prinderea piesei între vârfuri; - fără centre. - maşini de rectificat rotund interior, care sunt: - cu cap de prindere a piesei; - planetare. - maşini de rectificat universale, care permit prelucrarea suprafeţelor exterioare şi interioare. Maşinile de rectificat rotund exterior cu prinderea piesei între vârfuri pot prelucra suprafeţe cilindrice, conice, profilate (scurte) şi frontale, cu productivitate ridicată. Ele se construiesc în două variante; cu masă mobilă (pentru piese mici) şi cu păpuşă portpiatră mobilă (pentru piese cu gabarit mare). Unele modele, utilizând accesorii speciale, pot prelucra şi suprafeţe interioare. 5.7.2.1. Maşini de rectificat rotund universale. Aceste maşini sunt destinate prelucrării suprafeţelor cilindrice, conice, profilate şi frontale, exterioare şi interioare, la piese de dimensiuni mici-mijlocii, cu prindere între vârfuri, atât pentru unicate cât şi pentru producţia de serie. Principiul de lucru al acestor maşini, particularizat pentru rectificarea unei suprafeţe exterioare a fost prezentat în figura 2.9. Principiul constructiv şi funcţional al maşinilor de rectificat rotund universale este prezentat în figura 5.57, cu referire la maşina RU 100, de fabricaţie românească. Ea este alcătuită din următoarele elemente: 1 – batiu; 2 – sanie longitudinală; 3 – masă; 4 – păpuşă mobilă; 5 – pinolă; 6 – sanie radială; 7 – păpuşă portpiatră; 8 – dispozitiv de rectificat interior; 9 – păpuşă portpiesă; 10 – placă de bază; 11 – instalaţie de recirculare a lichidului de răcire-ungere. Dispozitivul de rectificat interior 8 este un accesoriu normal al acestor maşini. El se montează pe păpuşa portpiesă 7 şi constă dintr-o broşă de rectificat, în care se fixează scula, antrenată de la un motor propriu, printr-o transmisie multiplicatoare de turaţie cu curea lată. Broşa este fixată pe un braţ articulat, care permite aducerea sau îndepărtarea ei din poziţia de lucru, fără demontarea dispozitivului. Cinematica maşinii permite realizarea următoarelor mişcări: - n – mişcarea principală de aşchiere, executată de piatra de rectificat, având viteza periferică v = (25…35) [m/s]; - wc – mişcarea de avans circular, executată de arborele portpiesă, asigurând piesei o viteză periferică maximă de (10…12) [m/min], în ambele sensuri, reglabilă continuu

145

printr-un variator electric de turaţie. - wl – mişcarea de avans longitudinal, o mişcare rectilinie-alternativă realizată de sania 2, acţionată hidraulic; - wr – mişcarea de avans radial, o mişcare intermitentă realizată la capetele de cursă ale mişcării wl , cu pas reglabil între (0,01…0,1)[mm/cursă] (la degroşare) şi între (0,005…0,015) [mm/cursă] (la finisare), executată de sania radială 6, combinată cu o mişcare de poziţionare radială, wpr, de apropiereFig.5.57

îndepărtare pe o cursă constantă de 40 [mm];

- wp1 – mişcarea de poziţionare axială a păpuşii portpiesă 9, executată de placa de bază 10; - wp2 – mişcarea de poziţionare axială a păpuşii mobile; - wp3 – mişcarea de potiţionare de rotaţie în jurul unei axe verticale, executată de păpuşa portsculă 7; - wp4 – mişcarea de poziţionare de rotaţie în jurul unei axe verticale, executată de păpuşa portpiesă 9; - wp5 – mişcarea de poziţionare de rotaţie în jurul unei axe verticale , executată de masa maşinii 3. Mişcările de lucru pot fi realizate manual sau în ciclu semiautomat (în cazul producţiei de serie). Prelucrările specifice executate pe aceste maşini sunt următoarele: - prelucrarea suprafeţelor cilindrice exterioare şi interioare, utilizând avansul longitidinal wl şi radial wr (fig.2.9); - prelucrarea suprafeţelor conice, prin mai multe metode (fig. 5.58): - prin rotirea păpuşii portpiesă 9 în mişcarea de poziţionare wp4, utilizând avansurile longitudinalwl şi radial wr (fig.5.58,a), metodă aplicată la prelucrarea pieselor scurte cu conicităţi mari; Fig.5.57

146

- prin rotirea mesei 3 în mişcarea de poziţionare wp5, utilizând avansurile longitudinal wl şi radial wr (fig.5.58,b), metodă aplicată la prelucrarea pieselor lungi cu conicităţi mici (  6);

Fig.5.58

- prin rotirea păpuşii portpiatră în mişcarea wp3, utilizând avansul radial wr, metodă aplicată la prelucrarea suprafeţelor scurte (mai mici decât lăţimea pietrei abrazive) cu conicităţi mici-mijlocii;

- prelucrarea suprafeţelor profilate scurte, utilizând o piatră profilată şi mişcarea de avans radial wr (fig.5.59);

- prelucrarea suprafeţelor plane frontale (a umerilor) utilizând partea laterală a pietrei şi avansul radial wr sau prin rotirea păpuşii portpiesă 9 (mişcarea wp4 ) cu un unghi de 90 şi utilizând avansul longitudinal wl (la prelucrarea suprafeţelor plane frontale la piese de revoluţie).

Fig.5.59 5.7.2.2. Maşini de rectificat rotund fără centre. Sunt maşini de productivitate foarte mare destinate producţiei de serie mare şi masă, utilizate mai ales la prelucrarea suprafeţelor cilindrice exterioare şi interioare, dar şi Fig.5.58 a celor profilate, la piese de dimensiuni mici şi forme simple. Principiul prelucrării suprafeţelor exterioare cilindrice este redat în figura 5.60, în

147 care s-au notat:1-piatră de rectificat (sculă);2-piesă;3-piatră pentru antrenare;4-riglă de conducere. Piatra de rectificat 1 are granulaţia şi diametrul mai mari decât discul de antrenare 3, ambele rotindu-se în acelaşi sens cu turaţiile nP na.Piesa 2 Fig.5.60

este aşezată pe rigla de conducere 4,având

centrul supraînălţat faţă de linia centrelor celor două pietre abrazive. Datorită granulaţiei mai fine, discul de antrenare 3 antrenează piesa cu un moment de frecare mai mare decât cel de aşchiere, determinat de discul 1, astfel că piesa va căpăta o mişcare de avans circular wc , având sensul şi modulul lui va. Datorită vP va, piesa coboară aparent cu viteza vR, menţinându-se astfel în contact permanent cu rigla 4. Piatra de antrenare 3 poate avea axa paralelă sau înclinată cu unghiul  = (2…6) faţă de axa pietrei 1. Dacă  = 0, prelucrarea se realizează cu avansul radial wr executat de piatra 1 sau 3. Dacă   0, viteza de antrenare va se descompune în două componente: Fig.5.60 wc , care reprezintă avansul circular şi wl – avansul longitudinal al piesei. Datorită distanţei variabile dintre generatoarele celor două pietre, pe măsură ce piesa se deplasează axial în mişcarea wl , apare şi o mişcare aparentă de avans radial, cota prelucrată pe piesă fiind determinată de distanţa minimă dintre discuri corespunzătoare normalei comune în punctul A. Se constată că metoda are o cinematică simplă şi eficientă, iar piesa nu este prinsă într-un dispozitiv ci se autoaşează pe rigla 4, primind automat mişcările de avans. Principiul constructiv şi

Fig.5.61

funcţional al maşinilor de rectificat fără centre este prezentat în figura 5.61, în care s-au notat: 1-batiu; 2-sanie radială; 3-păpuşă de antrenare;4-piatră de antrenare; 5,9-dispozitiv de îndreptare a pietrelor;6-riglă de conducere; 7-piatră de rectificat; 8-păpuşă portpiatră de rectificat. Pe aceste maşini se prelucrează în general suprafeţe

148 exterioare, prin două metode: - cu avans longitudinal ( 0), în acest caz putându-se prelucra numai piese simple cu un singur diametru, sau piese în trepte numai la diametrul maxim; - cu avans radial ( = 0), în acest caz putându-se prelucra şi piesele în trepte la diametrele mici. Cu ajutorul unor role de ghidare a piesei se pot realiza şi prelucrări interioare. Deservite de sisteme de alimentare automată cu semifabricate, aceste maşini prelucrează continuu, asigurând cele mai mari productivităţi posibile. De asemenea, aceste maşini utilizează frecvent sisteme de control activ al cotei prelucrate, piesele fiind măsurate continuu la ieşirea de pe riglă şi, în funcţie de evoluţia cotei, maşina primeşte comenzi de deplasare radială pentru compensarea uzurii pietrelor abrazive şi încadrarea diametrului în toleranţa prescrisă. 5.7.2.3. Maşini de rectificat rotund interior cu cap de prindere. Aceste maşini se utilizează la prelucrarea alezajelor cilindrice, conice sau profilate, cu diametre mici (5…500 [mm]) şi lungime maximă de 500 [mm], precum şi la prelucrarea suprafeţelor frontale interioare.

Fig.5.62

Principiul rectificării interioare obişnuite este prezentat în figura 5.62. Piesa, prinsă în dispozitivul de prindere de tip universal sau într-un dispozitiv special, execută mişcarea de avans circular wc , iar scula execută mişcarea principală n şi mişcările de avans longitudinal wl şi radial wr , într-un cilcu asemănător celui de la rectificarea exterioară.

Principiul constructiv şi funcţional al maşinilor de rectificat interior cu cap de prindere este prezentat în figura 5.63, în care s-au notat: 1-batiu; 2-sanie radială;3-păpuşă portpiatră; 4-păpuşă portpiesă. Datorită diametrului mic al sculei, pentru realizarea vitezei de aşchiere este necesară antreFig.5.62 narea acesteia cu turaţii foarte mari (n =  104… 105 [rot/min]), obţinute prin transmisii cu curele late speciale, cu motoare electrice speciale alimentate la frecFig.5.63

venţe mărite ( 100 [Hz]) ampla-

149 sate direct pe axul broşei de rectificat, sau cu ajutorul turbinelor cu aer. Rigiditatea redusă a arborelui principal portsculă impune utilizarea unor regimuri de aşchiere mai puţin intense decât la rectificarea exterioară, ceea ce determină reducerea productivităţii. 5.7.2.4. Maşini de rectificat interior planetar. Metoda de rectificare planetară se utilizează la prelucrarea suprafeţelor interioare la piese de dimensiuni mari, excentrice sau de formă neregulată, care nu pot fi prinse şi antrenate în mişcarea de avans circular, deoarece masele mari şi excentrice determină forţe centrifuge care cauzează vibraţii, reducând precizia de prelucrare. Principiul rectificării planetare este prezentat în figura 5.64, în care este prezentat şi principiul constructiv şi funcţional al maşinilor orizontale. Piesa P, de tip carcasă, este prinsă pe masa maşinii, care nu execută nici o mişcare de lucru. Scula S execută toate mişcările de lucru, şi anume: - n – mişcarea principală

Fig.5.64

de aşchiere, de rotaţie în jurul axei proprii; - wc – mişcarea de avans circular, de rotaţie în jurul axei alezajului prelucrat; - wl – mişcarea de avans

longitudinal; - wr – mişcarea de avans radial, o mişcare intermitentă sincronizată cu wl. Maşina de rectificat planetar se compune din următoarele părţi componente (fig.5.64): 1-placă de bază; 2-batiu; 3-păpuşa portsculă; 4-bucşă specială; 5-roată de curea; 6-lagăr special; 7-masă; 8-consolă reglabilă. Pe lângă mişcările de lucru prezentate mai sus, maşina mai permite realizarea mişcărilor de poziţionare transversală wpt a mesei şi verticală wpv a consolei, în vederea reglării poziţiei piesei faţă de sculă. Mişcarea de avans longitudinal wl este executată de păpuşa 3, iar mişcarea de avans circular de bucşa 4. Datorită lagărului înclinat 6, prin deplasarea axială wa a acestuia apare o mişcare de avans radial wr , care determină adâncimea de prelucrare şi diametrul prelucrat. Fig.5.64 Maşini de rectificat planetar se construiesc şi cu axa verticală, acestea fiind destinate prelucrării pieselor de dimensiuni foarte mari.

150 5.7.3. Maşini de rectificat plan. Aceste maşini sunt destinate finisării suprafeţelor plane prelucrate anterior prin frezare sau rabotare. După poziţia arborelui principal portsculă, există maşini orizontale, care prelucrează cu partea periferică, cilindrică, a corpului abraziv sau cu cea frontală, şi maşini verticale, care prelucrează numai cu partea frontală a sculei sau utilizând capete de rectificat. După forma şi mişcările mesei (piesei), ambele tipuri de maşini se construiesc cu masă de translaţie, sau cu masă rotativă. Pentru prelucrarea pieselor de dimensiuni foarte mari (batiuri, montanţi) există maşini de rectificat tip portal, prevăzute cu mai multe capete de rectificat, care pot lucra simultan sau succesiv, asigurând productivităţi ridicate. 5.7.3.1. Maşini de rectificat plan orizontale. Aceste maşini se folosesc la prelucrarea pieselor de dimensiuni mici-mijlocii, sensibile la deformare, fisurare sau decălire şi care necesită precizii mari de prelucrare. Sunt cele mai răspândite, deşi asigură o productivitate mai redusă decât maşinile verticale. Principiul de lucru al acestor maşini este prezentat în figura 5.65,a. Scula S execută mişcarea principală n şi de regulă mişcarea de avans vertical wv, de pătrundere, prin care se reglează adâncimea de aşchiere şi cota prelucrată, iar piesa P execută mişcarea de avans longitudinal wl şi transversal wt (o mişcare intermitentă realizată la capetele cursei longitudinale). După baleierea întregii suprafeţe a pisei, prin combinarea mişcărilor wl şi wt, şi îndepărtarea unui strat (adică după o trecere), scula execută mişcarea de avans vertical wv (tot o miş-

Fig.5.65

care pas cu pas) şi se realizează trecerea următoare, ş.a.m.d. până la atingerea

cotei finale. Datorită numărului mare de curse longitudinale şi de treceri, la prelucrarea suprafeţelor late procedeul asiguă o productivitate redusă.

151 Principiul constructiv şi funcţional al maşinilor de rectificat orizontale cu masă de translaţie, de mărime mijlocie, este prezentat în figura 5.66.Ele se compun din următoarele elemente:1-batiu;2-masă longitudinală;3-montant; 4-sanie verticală; 5-păpuşă portsculă. La maşinile de mărime mijlocie, cel mai adesea scula execută mişcarea de avans wt, prin aceasta realizându-se o rigiditate mai mare a mesei şi o creştere a preciziei. Mişcările de avans sunt realizate cu mecanisme mecanice (la maşinile mici) sau cu sisteme hidraulice, care permit exploatarea maşinii în regim cu comenzi manuale, sau cu ciclu semiautomat. Prinderea pieselor pe aceste maşini se Fig.5.66 realizează frecvent utilizând mesele sau platourile electromagnetice, care asigură prinderea rapidă, dar numai a materialelor cu proprietăţi feromagnetice. Pentru celelalte materiale, sau când piesa are dimensiuni mai mari şi forme oarecare, se utilizează dispozitive universale de tipul menghinelor sau dispozitive speciale cu prindere mecanică. Maşinile de rectificat plan orizontale lucrând cu partea frontală a sculei sunt mai puţin răspândite, acest principiu fiind utilizat mai mult la maşinile de ascuţit scule, lucrând cu pietre oală, care pot prelucra atât cu suprafaţa cilindrică (exterioară sau interioară) cât şi cu cea frontală. 5.7.3.2. Maşini de rectificat plan verticale. Fig.5.66 Aceste maşini asigură o productivitate mai mare, deoarece la o cursă longitudinală se prelucreză o bandă de lăţime mai mare, reducându-se astfel numărul de curse. Pe acest principiu se construiesc maşini de dimensiuni mici, lucrând cu scule monobloc (fig.5.65, b) şi maşini de dimensiuni mari, lucrând cu capete de rectificat (segmenţi abrazivi) (fig.5.65, c), ambele tipuri de maşini putând fi cu masă de translaţie, sau cu masă rotativă. Maşinile cu cap de rectificat şi masă rotativă asigură cele mai mari productivităţi, permiţând prelucrarea mai multor piese deodată. O problemă care apare la prelucrările realizate cu partea frontală a sculei este divizarea aşchierii, pentru a permite eliminarea aşchiilor, în caz contrar scula se îmbâcseşte rapid şi prelucrarea nu mai poate continua. La sculele monobloc, divizarea se poate realiza utilizând pietre cu diametrul mai mare decât lăţimea suprafeţei prelucrate (fig.5.65, b, sus), sau prin înclinarea axei sculei cu un unghi   1 (fig.5.65, b, jos), caz în care apar erori de planeitate dependente de unghiul , diametrul sculei şi mărimea

152 avansului transversal. La capetele de rectificat, divizarea aşchierii se realizează divizând scula, prin utilizarea segmenţilor abrazivi. Principiul constructiv şi funcţional al maşinilor de rectificat plan verticale cu masă de translaţie, este prezentat în figura 5.67, în care s-au notat: 1 – batiu; 2 – masă longitudinală; 3 – montant; 4 – sanie verticală; 5 – păpuşă portsculă. Aceste maşini au o rigiditate mai mare ca cele orizontale, fiind destinate prelucrării pieselor de dimensiuni mai mari. Fig.5.67

5.7.4. Maşini de rectificat speciale. Aceste maşini sunt concepute special pentru anumite scopuri, având particularităţi constructive şi cinematice specifice. În această grupă se încadrează maşinile specializate în prelucrarea unui anumit tip de suprafaţă complexă (maşinile de rectificat filete, roţi dinţate), cele destinate prelucrării unui anumit tip de piesă (arbori cotiţi, axe cu came), maşinile de prelucrat prin copiere după şablon şi cele de ascuţit scule. 5.7.4.1. Maşini de rectificat filete. Sunt maşini de rectificat speciale destinate prelucrării filetelor de precizie, utilizate Fig.5.67 la instrumente de măsură (micrometre), calibre filetate pentru controlul filetelor, scule aşchietoare (tarozi şi filiere), şuruburi de mişcare, etc.; cele mai multe modele permit de asemenea şi realizarea operaţiilor de detalonare. După lungimea filetului prelucrat, aceste maşini pot fi împărţite în două grupe: - pentru prelucrarea filetelor scurte; - pentru prelucrarea filetelor lungi. Între cele două grupe de maşini nu există diferenţe cinematice sau de principiu de lucru, diferite fiind doar mecanismele de acţionare pentru realizarea avansului longitudinal; astfel, la maşinile pentru prelucrat filete scurte, avansul longitudinal se realizează cu mecanisme cu came sau cu ajutorul unor rigle înclinate, iar la cele pentru prelucrarea filetelor lungi se utilizează lanţurile cinematice de filetare. Prelucrarea filetelor se poate face direct din plin (pentru filete scurte, cu pas fin ), sau ca operaţie de finisare prin rectificare realizată după tăierea filetului prin alte procedee (strunjiri, frezare) şi aplicarea tratamentului termic (pentru filete lungi, cu pas mare).

153 Scula utilizată este un disc abraziv profilat, cu profil simplu (fig.5.68, a,d) sau multiplu (fig.5.68, b, c). Sculele cu profil simplu se utilizează la prelucrarea filetelor de pre-

Fig.5.68 cizie ridicată, ele putând fi înclinate după direcţia tangentă la elicea filetului prelucrat; realizând prelucrarea prin treceri succesive, asigură o productivitate redusă. Sculele cu profil multiplu realizează precizii de prelucrare mai reduse, dar productivităţi mari, deoarece lungimea cursei longitudinale este mult mai mică. În figura 5.69 este prezentat principiul cinematic al maşinilor de rectificat filete lungi.

Fig.5.68

Fig.5.69 Notaţiile au următoarele semnificaţii: GL - ghidaje longitudinale ale batiului; M - masă longitudinală; PF - păpuşă fixă; PM – păpuşă mobilă; P – piesă de prelucrat; S – sculă aşchietoare; SR – suport rotativ; PP – păpuşă portsculă; GT – ghidaje transversale ale batiului; K – camă de detalonare; C – cuplaj; RS – roţi de schimb. Mişcările de lucru pentru rectificarea filetelor sunt următoarele:

154 - n - mişcarea principală de aşchiere, executată de scula S; - wc – mişcarea de avans circular, executată de piesa P; - wl – mişcarea de avans longitudinal, realizată de masa M; - wr – avans radial, executat de păpuşa PP, la capetele cursei mişcării wl. Mişcarea de avans circular wc este realizată prin lanţul cinematic de avans circular, având structura: ME (n0) – RSc – P (nP), şi formula de reglare:

i RS

c

 CC 

nP n0

, cu nP 

1000  w c .   DP

(5.34)

Mişcările de avans wc şi wl sunt legate cinematic prin lanţul cinematic de filetare, având structura: P (nP ) - RSF – Ş – M (wl ), şi formula de reglare: i RS F  CR 

pP . ps

(5.35)

Detalonarea este operaţia de prelucrare a feţei de aşezare a dinţilor sculelor profilate (freze, tarozi, filiere) în vederea păstrării formei profilului şi a unghiului de aşezare , după reascuţirea sculei pe faţa de degajare. Curba de detalonare este o spirală arhimedică, realizată practic prin combinarea mişcării de avans circular wc cu mişcarea wD (fig.5.69) executată pe direcţia radială şi având o cursă dublă pentru fiecare dinte al sculei prelucrate. Lanţul cinematic de detalonare are structura: P (nP ) – C – RSD – K (nK ), în care turaţia camei se calculează cu relaţia nK  z  nP , unde z reprezintă numărul de dinţi pe rotaţie al sculei detalonate (piesa P). Scriind ecuaţia cinematică, rezultă formula de reglare: i RS D  CD  z ,

(5.36)

valabilă pentru sculele cu canale de degajare axiale. Pe lângă mişcările de lucru, maşina mai realizează şi mişcările de poziţionare: wp1 – de apropiere şi îndepărtare rapidă a păpuşii portsculă PP de piesă, efectuată la fiecare trecere de prelucrare şi wp2 – de rotire a suportului rotativ SR, pentru aducerea planului sculei în poziţia tangentă la elicea filetului. 5.7.4.2. Maşini de rectificat prin copiere. Aceste maşini sunt destinate prelucrării profilelor plane de lungime mare prin copiere după şablon, utilizând dispozitive de copiat mecanice, în producţia de serie. Precizia de prelucrare este mai redusă decât la prelucrările obişnuite prin rectificare, dar productivitatea este mare.

155 Principiul de lucru al dispozitivelor de copiat utilizate pe aceste maşini este prezentat în figura 5.70, în care s-au făcut următoarele notaţii: 1 - arcuri de compresiune; 2 - sanie transversală; 3 - piatră de rectificat; 4 – piesă de prelucrat; 5 – şablon; 6 – sanie longitudinală; 7 – rolă de urmărire; 8 – ghidaje transversale. Rola 7 se reglează în poziţia corespunzătoare şi rămâne fixată faţă de păpuşa portsculă PP. Sania 6 primeşte o mişcare de avans longitudinal wl, iar rola 7 urmărind şablonul 5, imprimă sistemului o Fig.5.70 mişcare de avans transversal wt.

5.8. Maşini-unelte de netezit. Prelucrările de netezire au scopul îmbunătăţirii rugozităţii suprafeţelor prelucrate prin alte procedee şi în anumite limite de creştere a preciziei dimensionale şi de formă. Principalele prelucrări de netezire sunt: superfinisarea, honuirea, lepuirea, rodarea şi lustruirea. Ele vor fi prezentate în continuare, împreună cu sculele şi maşinile-unelte pe care se realizează. 5.8.1. Superfinisarea şi maşini de superfinisat. Fig.5.70 Superfinisarea, sau vibronetezirea, este prelucrarea prin aşchiere realizată cu ajutorul barelor abrazive de granulaţie fină, care execută o mişcare principală de aşchiere vibratorie. Se aplică la prelucrarea suprafeţelor de revoluţie şi plane, exterioare şi interioare, în scopul îmbunătăţirii calităţii suprafeţei până la Ra = 0,05…0,025 [m], fără a corecta erorile de formă. Barele abrazive sunt monate elastic în suporţi adecvaţi formei suprafeţei prelucrate, denumiţi capete de superfinisat, care execută o mişcare vibratorie cu amplitudinea 2…5[mm], cu o frecvenţă de 3…200 [Hz]. Pentru acoperirea întregii suprafeţe a piesei, aceasta sau scula execută două sau mai multe mişcări de avans, cu viteze de 10…40[m/min]. În timpul prelucrării, între barele abrazive şi suprafaţa de prelucrat trebuie asigurată o presiune de contact de 5…35 [N/cm2]. Prelucrarea se realizează în prezenţa unui lichid de răcire-ungere, de obicei petrol (90%) şi ulei de turbină (10%). Principiul prelucrării prin superfinisare a unei suprafeţe exterioare de revoluţie, este prezentat în figura 5.71, în care s-au notat: 1-piesă de prelucrat; 2-bare abrazive; 3-arcuri; 4-corpul sculei. Capul de superfinisat, format din elementele 2, 3 şi 4 este apăsat cu o

156 forţă elastică controlată Fe l, şi execută mişcarea principală vibratorie vv şi mişcarea de avans longitudinal wl, în timp ce piesa realizează mişcarea de avans circular wc.Din combinarea celor două mişcări de avans wl şi wc, fiecare granulă abrazivă descrie traiectorii elicoidale orientate succesiv stânga-dreapta, care se intersectează între ele şi cu traiectoria mişcării vibratorii, rezultând o reţea de rizuri orientate multidirecţional, determinând astfel o rugozitate minimă. Viteza de desfăşurare a procesului este neuniformă, ea fiind mare la începutul prelucrării, când suprafaţa de contact sculăpiesă este mică şi presiunea de

Fig.5.71 contact este mare, tinzând asimptotic în timp spre zero.

De aceea, controlul procesului se realizează prin timpul de prelucrare, care este uzual de ordinul minutelor. Maşinile de suprefinisat pot fi împărţite în două grupe: (după poziţia axei piesei): orizontale şi verticale, primele fiind mai răspândite. Principiul constructiv şi funcţional

Fig.5.71

Fig.5.72

al maşinilor de superfinisat orizontale este redat în figura 5.72, în care s-au notat: 1–batiu; 2-păpuşă fixă portpiesă; 3-cap vibrator; 4-cărucior; 5,6-ghidaje; 7-montanţi; 8-păpuşă mobilă. Mişcările de lucru sunt notate ca în figura 5.71, având în plus mişcarea de poziţionare a păpuşii mobile wP.

157 5.8.2. Honuirea şi maşini de honuit. Honuirea este procedeul de netezire a alezajelor cilindrice, realizat cu o sculă denumită cap de honuit, sau hon. Partea activă a unui hon o constituie mai multe bare abrazive care pot fi apăsate elastic înspre suprafaţa de prelucrat, sau pot fi conduse forţat. Honurile cu conducere forţată a barelor realizează nu numai îmbunătăţirea calităţii suprafeţei până la Ra=0,4…0,025 [m], ci şi

Fig.5.73

Fig.5.73

Fig.5.74

corectarea unor erori de formă ale suprafeţei prelucrate. Principiul prelucrării şi construcţia unui hon simplu cu conducerea forţată a barelor este prezentat în figura 5.73, în care s-au notat: 1-corpul honului; 2-bare abrazive; 3-pene înclinate; 4-con de acţionare; 5-piesa de prelucrat. Barele abrazive 2, în număr de 3…12, sunt introduse cu joc în canalele radiale din corpul honului şi sunt apăsate radial de penele 3 acţionate de conul 4. Poziţia radială a barelor şi presiunea de contact sunt controlate prin deplasarea axială a conului, mişcarea wa, care determină deplasarea radială a barelor wr. Honul este fixat în arborele principal al maşinii de honuit printr-o articulaţie cardanică, ce permite autoorientarea şi centrarea automată în zona de prelucrare. În vederea prelucrării, capul de honuit execută o mişcare complexă obţinută prin combinarea unei mişcări de avans longitudinal wl (5…20 [m/min]), cu o mişcare de avans circular wc (20…75 [m/min]), raportul celor două viteze fiind wc / wl = 3…5, iar frecvenţele lor stabilite astfel încât să nu fie un multiplu întreg. Traiectoriile descrise de granulele abrazive sunt elice cilindrice orientate stânga-dreapta, care se intersectează multidirecţional. Presiunea de contact între barele abrazive şi suprafaţa prelucrată se încadrează în limitele (35…140 [N/cm2]); ca lichid de lucru, la prelucrarea oţelurilor se utilizează un amestec de petrol (90%) cu ulei (10%), iar la prelucrarea fontelor numai petrol.

158 În funcţie de operaţia anterioară şi de mărimea adaosului de prelucrare (între 0,25…0,01 [mm]), prelucrarea de netezire prin honuire se poate realiza într-o singură fază sau în două, sau chiar trei faze succesive, utilizând honuri cu granulaţie diferită. Maşinile de honuit pot fi (în funcţie de poziţia arborelui principal): orizontale, verticale sau înclinate. Cele mai răspândite sunt maşinile verticale, a căror principiu constructiv este prezentat în figura 5.74. Ele se compun din următoarele elemente: 1-placă de bază; 2 masă; 3-cap de honuit; 4-cap de acţionare a barelor; 5-arbore principal; 6montant; 7-cap de antrenare. Mişcările de lucru sunt cele prezentate în figura 5.74, având în plus mişcarea de poziţionare a mesei wp. Caracteristicile principale ale maşinilor de honuit sunt: diametrul maxim de prelucrare şi lungimea maximă a cursei longitudinale. 5.8.3. Lepuirea şi maşini de lepuit. Lepuirea este un procedeu de netezire foarte fină, realizată cu ajutorul unor scule specifice, mediul activ fiind o pastă sau un lichid conţinând pulberi sau micropulberi abrazive. Adaosul de prelucrare la lepuire este foarte mic (5…20 [m]), calitatea suprafeţelor lepuite ajungând la Ra = 0,012 [m]. Construcţia sculei este specifică suprafeţei de prelucrat. Astfel, la prelucrarea suprafeţelor interioare se utilizează dornuri rigide sau extensibile, iar la cele exterioare discuri de lepuit, confenţionate din anumite materiale (metalice sau nemetalice), care execută mişcări specifice. Viteza de lucru poate să ajungă la 100 [m/min], iar presiunea de contact dintre sculă şi piesă se situează între (7…35 [N/cm2]). Maşinile de lepuit au o construcţie simplă, subansamblul cel mai important fiind dispozitivul

Fig.5.75

de lepuit, care are o formă specifică tipului de suprafaţă prelucrată. În figura 5.75 este prezentat un dispozitiv de lepuit suprafeţe plane. El se compune din următoarele elemente: 1-piese de prelucrat; 2disc de lepuit superior; 3-colivie; 4-disc de lepuit inferior; 5-arbore de antrenare a coliviei. În vederea prelucrării, discurile 2 şi 4 se ung cu un strat de pastă abrazivă, iar piesele se aşează cu joc mare în locaşele lor din colivie. Se coboară discul 2 (rabatabil) şi se pornesc mişcări-

159

le de lucru: - n1 şi n2 – mişcările de rotaţie ale celor două discuri, având sens contrar; - n3 – mişcarea de antrenare a coliviei. Datorită excentricităţii e a arborelui 5, colivia 3 capătă deplasări radiale care combinate cu rotaţia discurilor 2 şi 4, determină apariţia unor traiectorii ale particolelor abrazive de tipul cicloidelor, care se intersectează multidirecţional. Rodarea este un procedeu de netezire fină asemănător lepuirii, deosebirea constând în faptul că prelucrarea se realizează utilizând ca sculă piesa conjugată. Lustruirea este operaţia de netezire fină realizată în scop decorativ. Este asemănătoare lepuirii cu deosebirea că pasta abrazivă se aplică pe un disc moale, confecţionat din pâslă, piele, etc. Operaţia se poate realiza manual sau mecanic cu ajutorul polizoarelor, utilizând discuri în pâslă.

5.9. Maşini pentru prelucrarea danturii. Dantura roţilor dinţate poate fi prelucrată într-o singură operaţie, de tăiere a dinţilor din plin (cazul roţilor dinţate de precizie redusă), sau din două sau chiar trei operaţii (cazul roţilor dinţate de precizie ridicată), când după operaţia de tăiere a dinţilor se recurge şi la operaţii de finisare sau de superfinisare. Se cunosc diferite procedee de tăiere a danturilor, de finisare şi de superfinisare, pentru fiecare procedeu existând câte o maşină tip, specializată în operaţia respectivă. După modul de generare a profilului dinţilor (curba generatoare G) procedeele de danturare pot fi împărţite în două grupe, având la bază metode de lucru principial diferite: - metoda copierii, la care profilul dinţilor se obţine prin copierea profilului sculei sau al unui şablon; - metoda rulării, la care profilul dinţilor se obţine pe cale cinematică, ca înfăşurătoare a poziţiilor succesive ale profilului dinţilor sculei, ca urmare a angrenării sculei cu roata de prelucrat, respectând legile angrenării. Deoarece danturile roţilor dinţate cilindrice diferă ca geometrie de cea a roţilor conice, există maşini specializate diferite pentru prelucrarea celor două tipuri de danturi. 5.9.1. Maşini pentru prelucrarea roţilor dinţate cilindrice. 5.9.1.1. Prelucrarea roţilor dinţate cilindrice prin copiere cu scule profilate. Această metodă se poate realiza prin procedeul frezării (mai răspândit), sau prin mortezare. Procedeul frezării se utilizează la prelucrarea roţilor dinţate de precizie redusă, care nu lucrează la turaţii şi puteri mari, sau ca operaţie de degroşare a danturii roţilor, care ulterior sunt finisate pe maşini de danturat prin rulare.

160 Pentru prelucrarea danturilor cu module mici se utilizează, ca scule, frezele disc modul, la module mari – frezele deget modul, iar la operaţiile de degroşare – freze disc sau deget cu profil trapezoidal. Prelucrarea se poate realiza pe maşinile universale de frezat, utilizând ca accesoriu capul divizor universal, sau pe maşini specializate. Principiul prelucrării danturilor prin copiere cu scule profilate este prezentat în figura 5.76,a, pentru prelucrarea cu freză disc modul şi în figura 5.76, b pentru prelucrarea cu freză deget modul. Ambele scule au într-o secţiune axială profilul golului dintre dinţi şi se reglează astfel încât să ocupe o poziţie simetrică faţă de direcţia radială a roţii de prelucrat. Sculele, iniţial deplasate axial faţă de piesă, se reglează la adâncimea de tăiere a profilului dorită (mişcarea de poziţionare radială wpr ) şi execută mişcarea principală de aşchiere nS. Piesa execută mişcarea de avans longitudinal wl într-un sens, în vederea prelucrării golului pe toată lăţimea ei, după care vine rapid în Fig.5.76

poziţia iniţială şi execută mişcarea de divizare wd, de rotaţie cu unghiul

dintre doi dinţi, în vederea prelucrării golului următor, ş.a.m.d. până la prelucrarea tuturor dinţilor. Prelucrarea se poate realiza din una sau mai multe treceri, până la obţinerea înălţimii necesare a dintelui. Atunci când prelucrarea se execută pe maşinile de frezat universale, mişcarea de avans wl este realizată de sania longitudinală a maşinii, iar mişcarea de poziţionare wpr – de consola acesteia (mişcarea wv , fig.5.36). Deoarece profilul frezei disc modul corespunde cu profilul golului în secţiune normală, la prelucrarea roţilor dinţate cu dinţi drepţi între axa sculei şi a piesei se reglează unghiul  =90 (fig.5.77,a); la prelucrarea roţilor cu dinţi înclinaţi cu unghiul p (fig.5.77,b), Fig.5.76

unghiul

dintre

axe

are

valoarea  = 90  p ( în funcţie de sensul

elicei

directoare

a

dinţilor).

Unghiul  se reglează prin rotirea saniei longitudinale în mişcarea wr. Mişcarea de divizare wd şi generarea elicei directoare Fig.5.77

a dinţilor se realizează cu ajutorul capului divizor universal montat pe masa maşinii.

161 Profilul golului dintre dinţi la o roată dinţată depinde de modul şi de numărul de dinţi, astfel încât pentru fiecare roată ar fi necesară o sculă cu profilul respectiv. În scopul raţionalizării fabricaţiei şi exploatării acestor scule, ele se execută cu un profil unic pentru un inerval de numere de dinţi ,astfel încât pentru fiecare modul există un set de 8 freze. La realizarea unei prelucrări se alege freza corespunzătoare intervalului în care se încadrează numărul de dinţi al piesei de prelucrat. Datorită diferenţelor dintre profilele teoretice ale piesei şi sculei, dificultăţilor de realizare cu o precizie ridicată a profilului sculei şi reglajelor multiple necesare în vederea prelucrării, aplicarea metodei pe maşinile de frezat universale conduce la precizii de prelucrare şi productivităţi reduse, astfel încât acest procedeu se utilizează la realizarea pieselor nepretenţioase, la o producţie de unicate sau serie mică. Performanţe superioare se obţin la aplicarea metodei pe maşinile specializate de frezat cu freză deget, destinate producţiei de serie. În acest caz se utilizează o sculă proiectată special pentru piesa respectivă, iar mişcările de lucru sunt realizate prin cinematica maşinii în ciclu semiautomat, astfel încât atât precizia de prelucrare cât şi productivitatea sunt mult mai mari. Principiul constructiv şi funcţional al unei maşini de frezat cu freză deget este prezentat în figura 5.78, în care s-au notat:1-batiu;2-păpuşă fixă; 3,7-lunete de susţinere; 4-sanie longitudinală; 5-cap de frezat; 6-arbore principal portsculă; 8Fig.5.78 păpuşă mobilă. Mişcările executate au aceeaşi semnificaţie ca în figura 5.76, având în plus mişcarea de avans circular wc, care combinată cu wl generează cinematic elicea directoare a dinţilor. Aceste maşini se folosesc la prelucrarea roţilor dinţate de dimensiuni mari, permiţând prelucrarea danturilor drepte, înclinate, în V şi în W.

5.9.1.2. Maşini de danturat roţi cilindrice prin rulare. Aceste maşini permit realizarea curbei generatoare (profilul dintelui) pe cale Fig.5.78 cinematică, prin combinarea unor mişcări simple, de rotaţie şi translaţie, în cadrul procesului de rulare.

162 5.9.1.2.1. Principiul rulării. Rularea este rostogolirea fără alunecare a unei curbe convexe pe o altă curbă, cu păstrarea permanentă a unui punct de tangenţă. Profilul generator cel mai răspândit la roţile dinţate cilindrice este evolventa circulară, o curbă plană generată ca traiectorie a unui punct situat pe o dreaptă care rulează pe un cerc (fig.5.79). Practic, pe maşinile-unelte, există două posibilităţi de realizare a rulării: cu dreaptă mobilă şi cu dreaptă fixă.

Fig.5.79 Rularea cu dreaptă mobilă (fig.5.79,a) se obţine deplasând dreapta  după direcţia sa cu viteza de rulare wR şi imprimând cercului Cb o mişcare de rotaţie în jurul punctului fix O, cu viteza unghiulară , astfel încât să fie îndeplinită condiţia de rulare, adică viteza ambelor curbe în punctul K de tangenţă să aibă aceeaşi valoare:

w R    Rb .

(5.37)

Dacă la un moment dat punctul M a generat evolventa EV cu baza în A, prin rulare el ajunge în M’, iar A în A’, evolventa EV, deplasându-se în E’V. Condiţia de rulare permite 





scrierea egalităţilor: KM  KA ; KM '  KA ' ; MM '  AA ' . Dreapta  este în permanenţă Fig.5.79 normală la evolventă, iar tangenta T se deplasează paralel cu ea însăşi din T în T’. Rularea cu dreaptă fixă (fig.5.79, b) presupune realizarea ambelor mişcări, atât a rotaţiei  cât şi a translaţiei wR de către cercul Cb, al cărui centru O se deplasează pe o direcţie paralelă cu , datorită cuplei de translaţie formată din sania S şi ghidajul G. Evolventa generată trece permanent prin punctul fix M, tangenta T fiind de asemenea fixă. În ambele cazuri de rulare, dacă în locul tangentei T vom avea muchiile dinţilor unei scule aşchietoare, care se deplasează perpendicular pe dreapta , acestea vor prelucra pe piesă (având centrul în O) flancul unui dinte profilat după o evolventă obţinută ca înfăşurătoare a poziţiilor succesive ale muchiei T. Prin inversarea sensului de rulare, în mod similar poate fi obţinut şi celălalt flanc al dintelui.

163

La schemele din figura 5.79, cercul pe care se realizează rularea, Cb, este denumit cerc de bază. Rularea pe cercul de bază prezintă dezavantajul că este utilizat, teoretic, un singur punct de pe muchia aşchietoare a sculei (practic, o zonă redusă în jurul punctului M), ceea ce determină uzarea rapidă a acesteia. Pentru exploatarea integrală a sculei, în practică rularea se realizează pe un cerc de rază mai mare, Rr, numit cerc de rostogolire (Cr), muchia aşchietoare a sculei S având o poziţie înclinată faţă de Fig.5.80

tangenta T, cu un unghi  (fig.5.80) denumit unghi de angrenare.

Elementul fictiv, având profilul trapezoidal cu flancurile înclinate cu unghiul , care generează evolventa prin rularea dreptei de rostogolire r pe cercul de rostogolire Cr, poartă denumirea de cremalieră de generare, iar scula cu acelaşi profil se numeşte cuţit pieptene (sau cuţit cremalieră). Cremaliera de generare este de fapt o roată dinţată degenerată, având Rr =  (cercul său de rostogolire degenerează în dreapta r). Rularea se poate produce la fel de bine cu o roată dinţată cu rază finită, profilul dintelui devenind în acest caz evolventic, iar rularea realizându-se prin rostogolirea fără alunecare a celor două cercuri de rostogolire; evolventele dinţilor celor două roţi sunt curbe reciproc înfăşurătoare, iar scula având un astfel de profil se numeşte cuţit roată. Fig.5.80 Metoda prelucrării danturii prin rulare este superioară metodei copierii, asigurând atât o precizie de generare cât şi o productivitate mai mare, iar sculele pot prelucra roţi dinţate cu orice număr de dinţi, singura restricţie fiind modulul, care trebuie să fie acelaşi. Procedeele de prelucrare a roţilor dinţate cilindrice prin rulare sunt următoarele: - prin frezare cu freză melc; - prin mortezare cu cuţit roată; - prin mortezare cu cuţit cremalieră.

5.9.1.2.2. Maşini de danturat prin frezare cu freză melc. Freza melc are forma unui melc (o roată dinţată cu dinţi înclinaţi şi număr foarte mic de dinţi) la care s-au practicat un număr de canale perpendiculare pe elicea melcului, în scopul creării feţei de degajare a dinţilor, obţinându-se astfel o sculă aşchietoare profilată. Faţa de aşezare a dinţilor se detalonează; scula este fabricată din oţel rapid. Profilul dinţilor pe faţa de degajare corespunde cremalierei de generare, care în procesul prelucrării va rula cu semifabricatul.

164 Principiul cinematic al prelucrării cu freză melc rezultă din figura 5.81, în care este prezentată structura lanţului cinematic de rulare. Scula S primeşte mişcarea de rotaţie nS care asigură realizarea vitezei principale de aşchiere şi constituie totodată una din mişcările componente ale rulării. Prin rotirea frezei profilul cremalierei de generare se deplasează tangenţial faţă de piesă cu viteza de rulare

w R  pE  nS , pE fiind pasul elicei melcului. Piesa P se roteşte cu turaţia nP care trebuie să asigure pe cercul de rostogolire o viteză tangenţială egală cu wR (condiţia de rulare), astfel încât se poate scrie: Fig.5.81

wR  pE  nS  2    Rr  nP  pP  zP  nP , (5.38)

în care pP este pasul piesei, iar zP – numărul de dinţi al acesteia. Deoarece pentru o freză melc cu zS dinţi (începuturi) pE  pP  zS (pP fiind acelaşi pentru două roţi în angrenare), înlocuind în relaţia (5.38) se obţine condiţia de rulare:

zS  nS  zP  nP , sau

nP zS  . nS zP

(5.39)

Lanţul cinematic de rulare asigură legătura cinematică între mişcările nS şi np, pentru îndeplinirea cerinţelor relaţiei (5.39), reglarea lui realizându-se prin roţile de schimb de rulare RSR. Scriind ecuaţia sa de transfer: nS  iC1  iRS R  iC 2  nP ,

(5.40)

Fig.5.81 şi ţinând cont de relaţia (5.39), se obţine formula de reglare a lanţului de rulare:

i RS R  CR 

zS , zP

(5.41)

în care CR este constanta lanţului de rulare, specifică modelului de maşină pe care se face prelucrarea. Pentru prelucrarea unei roţi dinţate, pe lângă mişcarea principală nS şi cea de rulare nP, mai sunt necesare una sau mai multe mişcări de avans, executate în funcţie de tipul roţii dinţate şi metoda de lucru. Principiul constructiv şi funcţional al maşinii de frezat cu freză melc este prezentat în figura 5.82, în care s-au notat: 1 - batiu; 2 - montant; 3 - sanie axială; 4 - suport rotativ; 5 - sanie tangenţială; 6-traversă de rigidizare; 7 - păpuşă mobilă; 8 - dorn portpiesă; 9 montantul mesei; 10 - masă rotativă; 11 - sanie radială. Cinematica maşinii permite realizarea următoarelor mişcări: - nS –mişcarea principală de aşchiere şi componentă a rulării, executată de scula S; - nP – mişcarea de rotaţie a piesei P în vederea rulării acesteia cu scula S; - nPs – mişcarea suplimentară de rotaţie a piesei;

165

Fig.5.82 - wa – mişcarea de avans axial, executată de sania axială 3; - wt – mişcarea de avans tangenţial, executată de sania tangenţială 5; - wr – mişcarea de avans radial, executată de sania radială 11; - wpr – mişcarea de poziţionare, de înclinare a axei sculei, realizată de suportul rotativ 4; - wp – mişcarea de poziţionare a păpuşii mobile 7. Mişcarea de poziţionare wpr este necesară pentru reglarea unghiul  (fig.5.83, a, b) dintre axa sculei şi axa piesei.Deoarece elicea frezei melc este înclinată cu unghiul S,

Fig.5.82

scula trebuie poziţionată astfel încât direcţia tangentei la elice în punctul de contact cu piesa să corespundă cu direcţia dintelui piesei. La prelucrarea roţilor dinţate cu dinţi drepţi (fig.5.83,a), unghiul  se calculează cu relaţia   90o  S ,iar la prelucrarea roţilor cu dinţi înclinaţi(fig.5.83,b), cu formula:   90o  P  S . Pentru prelucrarea unei roţi dinţate, pe lângă mişcarea principală nS şi cea de rulare nP, mai

Fig.5.83

sunt necesare una sau mai multe mişcări de avans, executate în

166 funcţie de tipul roţii dinţate şi metoda de lucru. Mişcarea de avans axial wa este executată de sculă la prelucrarea roţilor cilindrice, pentru tăierea dinţilor la aceeaşi adâncime pe toată lăţimea roţii (fig.5.83, a). Mişcarea de avans tangenţial wt este executată de sculă la prelucrarea roţilor cilindrice prin metoda de lucru cu avans diagonal (combinarea avansurilor wa şi wt în vederea utilizării sculei pe toată lungimea ei) şi la prelucrarea roţilor melcate prin metoda cu avans tangenţial (fig.5.83, d). Mişcarea de avans radial wr este executată de piesă în vederea reglării adâncimii de tăiere a dinţilor, sau la prelucrarea roţilor melcate prin metoda cu avans radial (fig.5.83,c). Mişcarea suplimentară nPs , executată de piesă, este necesară la prelucrarea roţilor cu dinţi înclinaţi, elicea directoare a dinţilor fiind realizată pe cale cinematică prin combinarea mişcărilor wa şi nPs (fig.5.83,b). Ea este executată, de asemenea şi la prelucrarea roţilor cilindrice (cu dinţi drepţi sau înclinaţi) prin metoda de lucru cu avans diagonal, precum şi la prelucrarea roţilor melcate prin metoda cu avans tangenţial (fig.5.83,d). Posibilităţile de prelucrare ale maşinilor de danturat cu freză melc, au rezultat din cele prezentate mai sus, fiind următoarele: - roţi dinţate cilindrice cu dinţi drepţi sau înclinaţi, prin metoda de lucru cu avans axial sau diagonal (fig.5.83, a, b); - arbori canelaţi, prin aceleaşi metode ca la roţile cilindrice, - roţi cilindro-conice, prin combinarea avansului axial wa cu cel radial wr; - roţi melcate, prin metoda cu avans radial (fig.5.83, c) sau cu avans tangenţial (fig.5.83, d); - melci cilindrici, prin metoda cu avans tangenţial şi melci globoidali, prin metoda cu avans radial, în ambele cazuri scula fiind un cuţit roată montat în locul piesei, iar semifabricatul în locul frezei. Procedeul de prelucrare a danturilor cu freze melc prezintă următoarele avantaje: - posibilităţi largi de prelucrare; - productivitate ridicată, datorită aşchierii şi divizării continue în cadrul rulării; prin utilizarea la operaţiile de degroşare a frezelor melc cu două începuturi, productivitatea se dublează; - posibilitatea utilizării aceleiaşi scule la prelucrarea unor piese diferite, singura condiţie fiind respectarea modulului; excepţie face prelucrarea roţilor melcate, la care freza melc trebuie să aibă parametrii caracteristici determinaţi în funcţie de melcul cu care va angrena roata melcată. Ca dezavantaje, pot fi considerate următoarele: - imposibilitatea prelucrării roţilor mici la blocurile baladoare cu roţi apropiate; - imposibilitatea prelucrării danturilor interioare;

167 - precizia de tăiere a profilului este mai redusă decât la alte procedee, fiind determinată numai de caracteristicile frezei melc şi neputând fi influenţată prin reglarea maşinii; pentru creşterea preciziei, la finisare se recomandă utilizarea frezelor melc cu un singur început şi având un număr mare de dinţi aşchietori. Caracteristicile de mai sus, fac ca aceste maşini să fie cele mai răspândite maşini de danturat. 5.9.1.2.3. Maşini de danturat cu cuţit roată. Prelucrarea danturilor cu cuţit roată se realizează cel mai frecvent prin mortezare, dar şi prin rabotare, pe maşini specializate. Cuţitul roată are forma unei roţi dinţate, confecţionată din oţel rapid, având practicate unghiurile de degajare  şi de aşezare  (fig.5.85, a). Profilul dinţilor este evolventic, sau o altă curbă conjugată celei necesare de realizat pe piesă. Prelucrarea danturii cu cuţit roată se bazează pe principiul generării evolventei cu dreaptă mobilă, structura lanţului de rulare fiind prezentată în figura 5.84. Condiţia de rulare în acest caz are forma:

w R  pP  zS  nS  pP  zP  nP 

Fig.584

nP zS  . nS zP

(5.42)

Scriind ecuaţia de transfer a lanţului cinematic de rulare: nS  iC1  iRS R  iC 2  nP ,

(5.43)

şi ţinând cont de relaţia (5.42), se obţine formula de reglare:

i RS R  c R 

zS zP

,

(5.44)

având aceeaşi formă ca la prelucrarea cu freză melc. Principiul prelucrării danturilor prin mortezare cu cuţit roată este prezentat în figura 5.85. Scula execută mişcarea principală v, o mişcare rectilinie alternativă, având o cursă de lucru (la coborâre) şi una pasivă (la ridicare). Fig.5.84frecărilor dintre feţele de aşezare ale dinţilor sculei şi suprafaţa Pentru evitarea prelucrată a piesei, scula execută şi o mişcare de poziţionare repetată wp, sincronizată cu mişcarea v, de apropiere de piesă la începutul cursei de lucru şi de îndepărtare pe cursa de întoarcere. Simultan cu mişcarea principală v, scula se roteşte cu turaţia nS, iar piesa cu turaţia nP, ambele mişcări fiind continue şi reprezentând mişcarea de rulare.

168 Pentru reglarea adâncimii de tăiere a golului, piesa execută mişcarea de avans radial wr,conform schemei din figura 5.85,b. Pe parcursul fazei de degroşare, corespunzător unghiului d de rotaţie a piesei, din A în B , aceasta avansează radial pe adâncimea td. În punctul B mişcarea de avans radial se opreşte, dar rularea continuă încă o rotaţie completă, pentru tăierea tuturor dinţilor la adâncimea td. Când scula ajunge din nou în punctul 

B, se porneşte mişcarea wr, pe arcul BC , corespunzător unghiului f , realizându-se pătrunderea pe adâncimea de finisare tf, după care prelucrarea continuă pentru încă o rotaţie completă a piesei, realizându-se faza de finisare. Unghiul total  de rotaţie al piesei în vederea prelucrării danturii în cele două treceri este: Fig.5.85

   d   f  2  360 o .

(5.45)

La prelucrarea roţilor cu dantură înclinată se utilizează un cuţit roată cu dinţi înclinaţi cu unghiul p corespunzător piesei (fig.5.86). În timpul cursei mişcării principale v, scula execută şi o mişcare de rotaţie wE, astfel încât ea descrie o mişcare elicoidală de dute-vino având unghiul de înclinare p. Această mişcare se obţine cu ajutorul a două semicame elicoidale K1 şi K2 cuplate între ele, schimbabile, având unghiul de înclinare al piesei de prelucrat.

Fig.5.86

169 Principiul constructiv şi funcţional al maşinilor de mortezat dantura cu cuţit roată este prezentat în figura 5.87, în care s-au notat: 1-batiu; 2-sanie radială; 3-masă rotativă; 4-arbore principal portsculă; 5-capul de mortezat. Mişcările reprezentate au aceeaşi notaţie şi semnificaţie ca cele din figura 5.85. Un accesoriu important al acestor maşini este dispozitivul pentru prelucrarea cremalierelor, care se montează pe sania 2 şi preia mişcarea nP transformând-o într-o mişcare de avans tangenţial. Caracteristica principală a aFig.5.87 cestor maşini este diametrul maxim al piesei de prelucrat. Avantajele procedeului de danturare cu cuţit roată sunt următoarele: - este singurul procedeu care permite prelucrarea danturilor interioare, drepte sau înclinate, prin rulare; - permite prelucrarea danturilor exterioare şi interioare înfundate; - se pot prelucra cremaliere de precizie; - pe lângă prelucrarea danturilor, se pot prelucra profile exterioare sau interioare prin rulare, utilizând scule cu profil conjugat (de exemplu: came, găuri poligonale, etc.); - calitatea suprafeţei şi precizia de generare a evolventei sunt superioare celor realizate la frezarea cu freza melc, deoarece numărul de curse ale mişcării principale pentru tăierea unui flanc (deci numărul profilelor de înfăşurare ale evolventei) poate fi foarte mare şi determinat prin reglarea maşinii. Maşinile de rabotat dantură în V constituie o grupă aparte de maşini de danturat,dar care utilizează acelaşi tip de sculă – cuţitul roată, Fig.5.87 lucrează pe acelaşi principiu de generare al evolventei (prin rulare) ca şi maşinile de mortezat, diferenţele constând în faptul că mişcarea principală se execută pe o direcţie orizontală şi lucrează simultan cu două cuţite roată. Principiul de lucru al acestor maşini este prezentat în figura 5.88, mişcările având aceeaşi notaţie şi semnificaţie ca la maşinile de mortezat. Deoarece lucrează alternativ cu două cuţite, este utilizată fiecare cursă a mişcării Fig.5.88

170 principale v, astfel încât aceste maşini asigură o productivitate dublă faţă de maşinile de mortezat. Se utilizează la prelucrarea roţilor dinţate cilindrice de dimensiuni mari, cu dinţi în V sau drepţi. 5.9.1.2.4. Maşini de danturat cu cuţit cremalieră. Maşinile de danturat cu cuţit cremalieră sunt destinate prelucrării roţilor dinţate cilindrice exterioare, cu dinţi drepţi, înclinaţi sau în V, prin procedeul mortezării, utilizând o sculă din oţel rapid având forma unei cremaliere la care s-au practicat unghiurile de aşchiere  şi .Forma simplă a sculei, având dinţii cu profil trapezoidal, permite realizarea acesteia la o precizie ridicată şi, prin urmare, prelucrarea unor danturi precise. Pe acest principiu, se construiesc maşini cu generarea evolventei atât prin metoda cu dreaptă fixă (mai răspândite) cât şi cu dreaptă mobilă. Principiul danturării cu cuţit cremalieră cu dreaptă fixă este prezentat în figura 5.89. Scula S este fixată pe sania 3 care execută mişcarea principală de aşchiere v, orientată după direcţia dintelui, profilul dinţilor în deplasarea lor generând o cremalieră fictivă fixă cu care va angrena semifabricatul.Reglarea unghiului direcţiei dintelui se realizează prin rotirea capului de mortezat 2, în mişcarea de poziţionare wp , faţă de montantul 1. Piesa P se prinde pe o maFig.5.89 să rotativă amplasată pe sania tangenţială 4, dispusă pe sania radială 5. Dacă cuplajul K este pe poziţia 1, ea execută simultan mişcările de rulare nP şi wt, condiţia de rulare fiind următoarea:

nS p  zP  P . nP ps

w t    Dd  nP  pP  zP  nP  ps  ns , 

(5.46)

Scriind ecuaţia lanţului cinematic de rulare:

nP  i C  i C1  i RS R  i RS D  ns ,

(5.47)

'

şi ţinând cont de relaţia (5.46), se obţine formula de reglare:

i RS R  C R  i RS D  z P 

pP pS

,

(5.48)

este raportul roţilor de schimb de divizare-poziţionare a sculei, care se Fig.5.89 calculează aşa cum se arată în continuare. De remarcat că la acest procedeu avem de a face cu o dublă mişcare de divizare: una continuă, realizată în cadrul procesului de rulare, şi una discontinuă, de repoziţionare în care iRS

D

171 a roţii faţă de sculă, datorită faptului că din motive constructive, de rezistenţă şi de gabarit, zS  zP. Aşadar, după prelucrarea pe piesă a unui număr de dinţi zP1  zS, se opreşte mişcarea de rulare şi se readuce piesa în poziţia iniţială, utilizând mişcarea wt, prin deplasarea ei pe o lungime:

LD  pP  zP1 .

(5.49)

Această deplasare se obţine prin lanţul cinematic de divizare-poziţionare, având structura: MD (D ) – K(2) – RSD – Ş (Ş ).

(5.50)

Mecanismul de divizare generează un unghi de divizare D = ct., care este transmis şi transformat de roţile de schimb RSD în unghiul de rotaţie Ş al şurubului Ş, necesar realizării deplasării pe lungimea LD. Deoarece: LD  p S 

s 360o

,

(5.51)

scriind ecuaţia lanţului cinematic:

D  iC1  iRS D  s ,

(5.52)

şi ţinând cont de relaţiile (5.49) şi (5.51), se obţine formula de reglare: i RS D  C D 

în care:

pP ps

1 360o CD   , iC 1  D

 z p1 ,

(5.53)

(5.54)

reprezintă constanta lanţului cinematic de divizare-poziţionare. Mişcarea de poziţionare radială wpr serveşte la reglarea adâncimii de tăiere a dinţilor. Principiul constructiv şi funcţional al maşinilor de danturat cu cuţit cremalieră este prezentat în figura 5.90, în care sunt evidenţiate următoarele elemente: 1 - batiu; 2-sanie radială;3-sanie tangenţială; 4- masă rotativă; 5-suport portcuţit;6-sanie portcuţit; 7-cap de mortezat; 8-montant. Mişcările executate de maşină au aceeaşi notaţie şi semnificaţie ca în figura 5.89. Pe aceste maşini se pot prelucra roţi cilindrice cu dantură exterioară, cu dinţi drepţi, înclinaţi sau în V cu canal de separare, schemele de lucru fiind prezentate în Fig.5.90 figura 5.91 La prelucrarea roţilor cu dinţi drepţi (fig.5.91, a) se utilizează o sculă cu dinţi drepţi, iar capul de mortezat se reglează la zero (verticală) privind mişcarea wP.

172 Prelucrarea danturilor înclinate se poate realiza în două moduri: - utilizând o sculă cu dinţi înclinaţi, aşezată paralel cu suprafaţa frontală a piesei (fig.5.91, b); - folosind o sculă obişnuită, cu dinţi drepţi, aşezată înclinat cu unghiul de înclinare a dinţilor piesei, P (fig.5.91, c).

Fig.5.91 În ambele cazuri, capul de mortezat se înclină cu unghiul P. Metoda din figura 5.91, b, necesită o sculă mai dificil de realizat, dar permite prelucrarea roţilor mici ale blocurilor baladoare şi a danturilor în V. Comparativ cu maşinile de mortezat cu cuţit roată, maşinile de mortezat cu cuţit cremalieră asigură o precizie de prelucrare superioară, mai ales privind elicea directoare a dinţilor, care este generată prin imprimare prin rulare şi nu pe cale cinematică. 5.9.1.3. Maşini pentru finisarea danturilor cilindrice. Prelucrările de danturare se realizează din una până la trei treceri: de degroşare, de semifinisare şi de finisare, în funcţie de precizia urmărită, care este totuşi limitată pentru fiecare procedeu de prelucrare în parte. Prelucrările de finisare ale danturilor se aplică ca operaţii ulterioare danturării, în scopul corectării erorilor de formă a evolventei, de simetrie a dintelui, de divizare, de înclinaţie, etc. precum şi pentru îmbunătăţirea calităţii suprafeţei. Finisarea danturilor se poate realiza prin operaţii de rectificare, şeveruire, rodare, etc.cea mai utilizată fiind rectificarea, deoarece permite eliminarea unor erori mari, la piese tratate termic şi asigură o precizie ridicată de prelucrare. Fiind o operaţie scumpă, se aplică numai la roţile dinţate care necesită o precizie deosebită (de ordinul micronilor), cum sunt cele care lucrează la turaţii şi puteri mari, în transmisiile cinematice de precizie, la roţile etalon, etc. După modul de obţinere a evolventei, prelucrările de finisare, ca şi cele de danturare, pot fi împărţite în două grupe: - prin copiere, utilizând scule profilate; - prin rulare.

173

5.9.1.3.1. Maşini de rectificat dantura prin copiere cu sculă profilată. Principiul procedeului de rectificare a danturii cu piatră profilată este prezentat în figura 5.92. Mişcările de lucru sunt următoarele: - n – mişcarea principală de aşchiere,executată de sculă; - wr – mişcarea de avans radial, executată de sculă sau piesă, în vederea reglării adâncimii de aşchiere şi obţinerii grosimii dintelui; - wl – mişcarea de avans longitudinal executată de sculă sau piesă, în scopul prelucrării dintelui pe toată lungimea lui; - wd – mişcarea de divizare a piesei, pentru prelucrarea succesivă a dinţilor; - wp – mişcarea de poziţionare transversală a sculei pentru reglarea simetriei dintelui. La prelucrarea roţilor cu dantură înclinată, simultan cu wl piesa execută şi o mişcare de rotaţie alternativă, din combinarea celor două mişcări rezultând o mişcare elicoidală alternativă după elicea golului. Prelucrarea unei piese se realizează în mai multe faze: de degroşare, semifinisare, Fig.5.92

finisare, executate cu adâncimi de aşchiere diferite, după fiecare fază realizându-se corectarea profilului, prin copiere după şablon, utilizând un mecanism tip pantograf cu reducere la scară. Maşinile de rectificat prin acest procedeu se deosebesc doar după elementul care execută mişcările wr şi wl (scula sau piesa). Principiul constructiv şi funcţional al unei maşini cu sculă deplasabilă este prezentat în figura 5.93, în care s-au notat:1-batiu;2-păpuşă mobilă; 3 - dorn port piesă; 4 - sanie transversală; 5-cap de rectificat; 6-sanie longitudinală. Mişcările executate de maşină sunt aceleaşi cu cele prezentate în figura 5.92. Pe acest tip de maşină se pot prelucra numai roţi cu dinţi drepţi. Productivitatea este ridicată, deoarece aşchie-

Fig.5.92

Fig.5.93

rea are loc pe toată lungimea profilului, dar precizia este mai redusă decât la prelucrările

174 prin rulare, datorită dificultăţilor de profilare precisă a sculei şi modificării profilului datorită uzurii. Un avantaj al metodei este şi faptul că se pot prelucra şi alte forme ale profilului, la roţi sau axe canelate, utilizând scule profilate corespunzătoare. 5.9.1.3.2. Maşini de rectificat dantura prin rulare. Rectificarea danturilor prin rulare se realizează prin reproducerea angrenării piesei de prelucrat cu o cremalieră imaginară, materializată parţial sau total de discul (discurile) de rectificat. Prin această metodă lucrează maşinile de rectificat cu disc dublu conic (procedeul NILES), cu două discuri taler (procedeul MAAG) şi cele cu melc abraziv. 5.9.1.3.2.1. Maşini de rectificat dantura cu disc dublu conic (NILES). Principiul procedeului este prezentat în figura 5.94. Discul de rectificat,S, având for-

Fig.5.94

ma dintelui cremalierei, execută mişcarea principală de aşchiere n şi o mişcare de translaţie alternativă wl, orientată pe direcţia dintelui, generând cremaliera fictivă C cu care angrenează piesa P. De asemenea, el execută mişcarea de avans radial wr, de reglare a adâncimii de aşchiere şi a grosimii dintelui. Piesa P execută mişcarea de rulare, care se obţine prin combinarea mişcării de avans circular wc cu cea de avans transversal wt, evolventa fiind generată prin rulare cu dreaptă fixă. Există două variante de lucru privind mişcarea de rulare, care conduc la precizii şi productivităţi diferite, şi anume: - rularea pe un singur flanc; - rularea simultană pe ambele flancuri. La rularea pe un singur flanc, scula se reglează din mişcarea wr astfel încât grosimea sa pe cercul de rostogolire să

fie mai mică decât grosimea dintelui cremalierei, piesa executând şi o mişcare de poziţionare repetată wp, având rolul trecerii sculei de pe un flanc pe celălalt. Astfel, la rularea spre stânga se prelucrează flancul stâng, iar apoi se trece scula pe flancul drept şi la rularea spre dreapta se prelucrează flancul drept, după care se execută mişcarea de divizare wd şi începe ciclul următor. Aşadar, la un cilcu de rulare se prelucrează flancurile unui singur gol. La rularea pe ambele flancuri, scula se reglează din mişcarea wr astfel încât grosimea dintelui său este mai mare decât a cremalierei, la rularea într-un sens realizându-se prelucrarea pe ambele flancuri ale golului, după care se execută mişcarea de divizare wd, la rularea în sens invers prelucrându-se flancurile golului următor, ş.a.m.d. La un cilcu de rulare se prelucrează două goluri, productivitatea fiind dublă faţă de prima variantă, dar precizia de prelucrare este mai redusă. Fig.5.94

175 Principiul constructiv şi funcţional al maşinilor de rectificat dantura cu disc dublu conic este prezentat în figura 5.95, în care s-au notat: 1–batiu; 2–păpuşă portsculă; 3 – suport rotativ; 4–sanie portsculă; 5–păpuşă mobilă;6–dorn portpiesă;7–montant;8– sanie transversală. Mişcările de lucru au aceeaşi notaţie şi semnificaţie ca cele din figura 5.94, având în plus mişcarea de poziţioFig.5.95 nare wi,de înclinare a capului de rectificat, pentru reglarea direcţiei mişcării wl după direcţia dintelui (la prelucrarea roţilor cu dinţi înclinaţi). Prelucrarea se poate realiza în mai multe treceri, cilcul de lucru desfăşurându-se în mod automat. 5.9.1.3.2.2. Maşini de rectificat dantura cu două discuri (MAAG). Aceste maşini utilizează două discuri abrazive în formă de taler, care materializează fiecare câte un flanc al cremalierei. Ele pot fi reglate în trei moduri diferite (fig.5.96):

Fig.5.95

Fig.5.96

176 - ambele discuri înclinate, aşezate în acelaşi gol (fig.5.96, a), metodă folosită la prelucrarea danturilor de modul mare; - cu discurile înclinate, dispuse în două goluri alăturate (fig.5.96, b); - cu discurile paralele, dispuse în goluri diferite, peste n dinţi (fig.5.96, c). Ultimele două moduri se utilizează la prelucrarea danturilor cu module mici. Generarea evolventei are loc prin rulare cu dreaptă fixă, pe cercul de rostogolire (fig.5.96, a şi b) sau pe cercul de bază (fig.5.96, c). În principiu, mişcările de lucru sunt aceleaşi ca la maşinile NILES, dar la maşinile MAAG ciclul de lucru pentru prelucrarea unui dinte presupune rulări multiple realizate simultan cu deplasarea longitudinală wl, după care se execută mişcarea de divizare wd şi începe cilcul următor. Principiul constructiv şi funcţional al maşinilor MAAG este prezentat în figura 5.97,în care s-au notat: 1–sanie longitudinală; 2–cadru suport; 3–tambur; 4-păpuşă portpiesă; 5-capete de recti-

Fig.5.97

ficat (două); 6-sănii portsculă (două); 7-sanie radială; 8-montant; 9-batiu.

Mişcările de lucru, de reglare şi de poziţionare au aceleaşi notaţii în figurile 5.96 şi 5.97 şi sunt următoarele: - n – mişcarea principală de aşchiere, executată de sculele S; - wc – mişcarea de avans circular, componentă a rulării, executată de piesa P; - wt – mişcarea de avans transversal, componentă a rulării, executată de piesă (păpuşa 4); - wl – mişcarea de avans longitudinal, executată de piesă (sania 1); - wd – mişcarea de divizare, executată de piesă; - wr – mişcarea de avans radial, executată de scule (sania 7); - wp1 – mişcarea de poziţionare a sculelor şi de compensare automată a uzurii lor; - wp2 – mişcarea de poziţionare unghiulară a sculelor. Rularea pe maşinile MAAG se realizează cu ajutorul unui mecanism specific, reprezentat în figura 5.98, în care s-au păstrat notaţiile elementelor corespunzătoare din Fig.5.97

177 figura 5.97. Pe arborele portpiesă, opus piesei, este montat tamburul 3 de care sunt fixate capetele benzilor elastice B, celelalte capete fiind fixate de cadrul suport 2. Păpuşa portpiesă 4 primeşte mişcarea wt (componentă a rulării) care se transmite prin mecanismul cu bară articulată şi culisele C2 şi C3 la cadrul 2, imprimând acestuia simultan mişcarea wt1. Datorită benzilor B, tamburul 3 capătă o mişcare determinată de rotaţia în jurul axei, care este mişcarea de avans circular wc, cealaltă componentă a rulării. Pentru a putea utiliza un tambur 3 de un anumit diametru la prelucrarea mai multor roţi având diametre de rostogolire diferite, se reglează lungimea braţelor x şi y, prin deplasarea culisei blocabile C1 în mişcarea de poziţionare wp.

Fig.5.98

Pe maşinile MAAG se pot prelucra roţi dinţate cilindrice cu dinţi drepţi şi înclinaţi, în una sau mai multe treceri. Ca

şi la maşinile NILES divizarea se face discontinuu, ceea ce reduce productivitatea.

5.9.1.3.2.3. Maşini de rectificat dantura cu melc abraziv. Rectificarea cu melc abraziv este asemănătoare ca principiu cinematic cu dantura rea cu freză melc, generarea evolventei având loc prin rulare cu dreaptă mobilă. Principiul de lucru al procedeului este redat în figura5.99. Scula, un melc abraziv de diametru mare, execută mişcarea principală de aşchiere n şi mişcările de avans radial wr, pentru reglarea adâncimii de aşchiere şi obţinerea

Fig.5.98 FIG.5.99

grosimii dintelui, şi de avans tangenţial, pentru utilizarea integrală a sculei pe toată lungimea ei. Piesa execută mişcarea de avans circular wc, în scopul rulării cu cremaliera imaginară mobilă a sculei, şi mişcarea de avans longitudinal wl, pentru prelucrarea dinţilor pe toată lungimea lor.

178 Principiul constructiv şi funcţional al maşinilor de rectificat cu melc abraziv este prezentat în figura 5.100, în care s-au notat următoarele elemente:

Fig.5.100

1-batiu; 2-montant; 3-sanie longitudinală; 4-suport rotativ; 5-cap portpiesă; 6-păpuşă portsculă; 7-dispozitiv de profilare a sculei; 8-sanie radială; 9-sanie tangenţială.

Mişcările de lucru sunt aceleaşi ca în figura 5.99, având în plus mişcările de poziţionare wp1 – pentru înclinarea piesei, la prelucrarea dinţilor înclinaţi, wp2 – pentru reglarea radială a piesei şi wi – mişcarea de avans pentru corijarea profilului melcului abraziv. Pe aceste maşini se pot prelucra roţi cilindrice cu dinţi drepţi şi înclinaţi, de precizie mai redusă decât pe maşinile NILES şi MAAG, dar cu o productivitate mult superioară, datorită divizării continue şi avansului longitudinal de valoare mare, posibil datorită diametrului mare al melcului. 5.9.1.3.3. Maşini de şeveruit dantura. Şeveruirea este un procedeu de finisare a danturilor cilindrice prin răzuire, realizat prin angrenarea forţată a roţii de prelucrat cu o sculă specială numită şever.

Fig.5.101

Fig.5.100 Şeverul este o roată dinţată cu profil evolventic special cu dinţi înclinaţi, (fig.5.101), o cremalieră sau un melc, confecţionată din oţel rapid, având practicate pe flancuri o serie de canale orientate de la vârful către baza dintelui, ale căror margini reprezintă muchiile aşchietoare le sculei.

Principiul prelucrării prin şeveruire este prezentat în figura 5.102. Şeverul, întotdeauna cu dantură înclinată, formează cu piesa de prelucrat un angrenaj cu axe încrucişa-

Fig.5.101

179 te, care determină un contact punctiform între flancuri, favorabil prelucrării, deoarece prin aplicarea unor forţe exterioare mici se obţin presiuni de contact mari, necesare răzuirii. Unghiul  dintre axele celor două roţi se calculează cu formula:

  P  s ,

(5.55)

în care P şi ş sunt unghiurile de înclinare ale dinţilor piesei şi şeverului. Imprimând şeverului o mişcare de rotaţie care determină viteza tangenţială vTŞ, descompunând această viteză după direcţiile normală, vNd, şi de-a lungul dintelui, vAŞ, şi punând condiţia de continuitate a angrenării (vNd aceeaşi pentru sculă şi piesă), se obţine viteza tangenţială a piesei, vTP, care proiectată pe direcţia dintelui, dă viteza vAP. Viteza de alunecare de-a lungul dintelui în punctul de contact se calculează cu relaţia:

v al  v AP  v AS  vTP  sin P  vTS  sin S ,

(5.56)

care, în urma unor transformări devine:

v al  vTS  cos S  tg P  sin S  ,

(5.57)

Fig.5.102

relaţie care permite calculul vTŞ şi a turaţiei sculei pentru realizarea unei val dorite. Viteza de aşchiere vaş se obţine din compunerea val cu cea de alunecare pe flancuri, care are valoare nulă pe cercul de rostogolire, astfel că putem scrie:

v as min  v al .

(5.58)

Deoarece şeverul are, de regulă, lăţime mai mică decât a roţii de prelucrat, pentru prelucrarea dintelui pe toată lungimea lui piesa execută o mişcare de avans wl după o direcţie înclinată cu unghiul , pe o lungime a cursei care să asigure ca şeverul să depăşească marginile piesei. După valoarea unghiul , se cunosc trei metode de prelucrare: -  = 0 – şeveruire cu avans axial; -   0 – şeveruire cu avans diagonal; -  = 90 - şeveruire cu avans transversal (tangenţial). Presiunea de contact poate fi realizată prin două metode: Fig.5.102 - prin frânarea piesei cu un moment de frânare controlat, angrenarea fiind cu joc între flancuri şi distanţa dintre axe constantă pe durata prelucrării; - prin deplasarea sculei într-o mişcare de avans radial wr forţat, care determină împănarea dintelui şeverului între dinţii roţii (angrenare fără joc, distanţă dintre axe variabilă).

180

În figura 5.103 este prezentat principiul constructiv şi funcţional al unei maşini de şeveruit cu avans radial. Ea se compune din următoarele elemente: 1 – placă de bază; 2 – batiu; 3 – consolă; 4 – sanie longitudinală; 5 – suport oscilant; 6 – masă longitudinală; 7 – păpuşă mobilă; 8 – cap de şeveruit; 9 – păpuşă portşever. In vederea prelucrării, piesa se introduce pe un dorn care se roteşte liber între vârfuri. Masa 6 se roteşte cu unghiul  al direcţiei de avans (mişcarea de poziţionare wp2), iar capul de şeveruit 8 cu unghiul dintre axe  (mişcarea de poziţionare wp1). Şeverul, ca roată antrenoare, se roteşte cu turaţia nS, pentru asigurarea unei viteze de aşchiere minime dată de relaţia (5.58), iar piesa cu turaţia nP, Fig.5.103

rezultată din raportul de transmitere. Se porneşte mişcarea de avans longitudinal wl şi cea de avans

radial wr, care se execută până la atingerea distanţei finale dintre axe, pentru care dintele are grosimea necesară. Periodic, se inversează sensul de rotaţie. Suportul oscilant 5 poate executa, cu ajutorul unei came, o mişcare w0 de pendulare stânga-dreapta, sincronă cu avansul longitudinal wl, determinând prelucrarea unui dinte bombat (mai gros la mijloc), care în funcţionare va prelua mai bine solicitările (fig.5.104). Şeveruirea este un procedeu foarte productiv, dar necesită o sculă complicată şi scumpă, piesele trebuie danturate cu un profil special, care să asigure adaosul de şeveruire (de  0,1[mm]), şi nu se pot prelucra roţi tratate Fig.5.104

termic la o duritate mai mare de 40 HRC. Este foarte utilizat la prelucrarea roţilor dinţate din transmisiile auto.

5.9.2. Maşini pentru prelucrarea roţilor dinţate conice. Fig.5.103 Roţile dinţate conice sunt de o diversitate mai mare decât cele cilindrice, după forma şi direcţia dintelui (curba directoare) ele putând fi: cu dinţi drepţi, înclinaţi şi curbi (în arc de cerc, spirală, ciloidă, evolventă), a căror prelucrare necesită maşini specializate specifice. Fig.5.104 Profilul teoretic al dinţilor roţilor conice (curba generatoare) este evolventa sferică, curba care, datorită dificultăţilor de realizare practică, este înlocuită cu profile aproximative, dependente de procedeul de prelucrare.

181

Danturile conice pot fi realizate prin diferite procedee tehnologice: prin turnare, deformare plastică, sinterizare, dar cel mai frecvent şi cu precizii superioare, prin aşchiere. După modul de realizare a curbei generatoare, se cunosc două metode de prelucrare ale roţilor dinţate conice: prin copiere şi prin rulare. La ambele metode, curba directoare poate fi materializată, generată cinematic sau imprimată prin rulare. 5.9.2.1. Prelucrarea danturilor conice prin copiere. La prelucrarea danturilor conice prin copiere, curba generatoare este materializată de tăişurile sculei aşchietoare, sau pe un şablon de pe care este transpusă pe piesă utilizând dispozitive de copiat. Principalul inconvenient la prelucrarea danturilor conice prin copiere este determinat de variaţia modulului şi a profilului generator de-a lungul dintelui, care nu poate fi realizat practic decât cu anumite aproximaţii dependente de procedeul de prelucrare şi care determină o precizie de prelucrare mai mare sau mai mică. Prin copiere, prelucrarea se poate realiza pe maşinile universale de frezat, cu ajutorul capului divizor şi folosind ca scule frezele disc sau deget modul, prin rabotare şi copiere după şablon (maşinile Heidenreich-Harbeck), prin broşare circulară (procedeul Revacycle) sau prin frezare cu capete de frezat multicuţite (procedeul Formate-Gleason). Prelucrarea danturilor conice pe maşinile universale de frezat are avantajul accesibilităţii, dar precizia de prelucrare şi productivitatea sunt reduse. Principiul de prelucrare este prezentat în figura 5.105,a. Piesa, strunjită la profilul exterior al roţii, se prinde în capul divizor, acesta având arborele principal înclinat astfel încât generatoarea conului interior (de fund al dintelui) să coincidă cu direcţia mişcării de avans longitudinal wl. Se porneşte mişcarea principală n, se reglează adâncimea de tăiere a dintelui (mişcarea de avans radial wr) şi pornind mişcarea de avans longitudinal wl se taie primul gol, după care se aduce piesa în poziţia iniţială, se execută mişcarea de divizare wd şi se prelucrează dintele următor. Deoarece profilul frezei melc corespunde modulului minim al roţii, iar modulul variază de-a lungul dintelui, pentru apropierea de adevărata

Fig.5.105

formă a golului este necesar ca prelucrarea să se realizeze din minim trei treceri (fig.5.105,b): o trecere de degroşare pe mijlocul golului ( = 0),

182 iar apoi câte o trecere de finisare pe fiecare flanc al dinţilor (  0). Unghiul  este unghiul dintre axa golului şi flancul dintelui şi se reglează prin rotirea mesei maşinii în jurul axei verticale. Mişcarea de divizare wd se realizează cu ajutorul capului divizor. Prin acest procedeu se pot prelucra numai roţi conice cu dinţi drepţi sau înclinaţi, de precizie redusă. Prelucrarea danturilor prin broşare cu broşă circulară (procedeul RevacycleGleason) asigură o precizie mult superioară procedeului anterior şi are o productivitate foarte mare, fiind utilizat la prelucrarea roţilor cu dinţi drepţi în producţia de serie mare. Principiul de lucru (simplificat) este prezentat în figura 5.106. Scula este o broşă circulară formată din discul 1 pe care sunt montaţi segmenţii dinţaţi 2, dinţii fiind profilaţi evolventic, corespunzător mărimii golului dintre dinţi în diferitele secţiuni succesive de-a lungul lui. Broşa execută mişcarea principală n simultan cu mişcarea de avans longitudinal wl, astfel încât fiecare dinte taie profilul în secţiunea corespunzătoare pentru care a fost proiectat. În timpul rotirii pe unghiul Fig.5.106

de gol , piesa execută mişcarea

de divizare wd, iar scula revine în poziţia iniţială privind mişcarea wl, după care începe prelucrarea dintelui următor. Broşa se roteşte continuu, la fiecare rotaţie fiind prelucrat un dinte (timp de 2…6 [s]). Maşina are o cinematică simplă, scula fiind complicată şi scumpă, pentru profilarea ei fiind necesară o maşină specială de rectificat (de ascuţit). Procedeul a fost conceput şi este destinat în principal prelucrării pinioanelor satelite din diferenţialele autovehiculelor. Celelalte procedee de prelucrare prin copiere, având o importanţă redusă, nu sunt prezentate în această lucrare. 5.9.2.2. Maşini pentru prelucrarea danturilor conice prin rulare. Fig.5.106 Prelucrarea danturilor conice prin rulare este mai răspândită decât metoda copierii, deoarece curba generatoare este obţinută pe cale cinematică, la o precizie superioară, iar metoda rulării permite realizarea unor curbe directoare rectilinii sau curbe de o mare diversitate.

183 Prelucrarea danturilor conice prin metoda rulării se bazează pe angrenarea forţată a semifabricatului cu o roată plană de generare. Roata plană de generare RP (fig.5.107) este o roată conică imaginară, specifică fiecărui angrenaj conic în parte, obţinută prin degenerarea conurilor de rostogolire ale celor două roţi într-un plan, 1,2  90  20 =180).Parametrii principali ai roţii plane sunt raza medie R0m şi numărul de dinţi z0, care se calculează în funcţie de parametrii celor două roţi ale angrenajului considerat, cu relaţiile: R0 m 

R0 i  R0e R1 R2   ; 2 sin 1 sin 2 (5.59)

z0  z12  z22  2  z1  z2  cos  .

Pentru cazul particular  = 1 + 2 = 90 (angrenaj cu axe perpendiculare) se obţin: R0m  R12  R22 ; z0  z12  z22 .

(5.60)

Profilul teoretic al dinţilor roţii plane este o curbă de inflexiune foarte apropiată de linia dreaptă, dar care nu poate fi realizată practic la precizii ridicate, motiv pentru care ea este înlocuită cu un profil rectiliniu. Această aproximaţie duce la obţinerea unui profil prelucrat diferit de cel teoretic Fig.5.107 (evolventa sferică), fapt care nu influenţează însă funcţionarea angrenajelor conice, dacă acestea sunt cu profil nedeplasat sau zero deplasat; în schimb, costurile de fabricaţie şi de exploatare a sculelor se reduce considerabil, iar precizia de prelucrare a acestora poate fi foarte ridicată. Se cunosc mai multe procedee de prelucrare a danturilor conice prin rulare şi anume: prin rabotare cu un cuţit (procedeul Bilgram) sau cu două cuţite (procedeul Gleason); prin frezare periodică cu două freze disc (procedeul Beale) sau cu capete portcuţite (procedeul Gleason); prin frezare continuă (procedeul Spiromatic, Fiat, etc.). 5.9.2.2.1. Maşini de danturat prin rabotare cu două cuţite. Aceste maşini sunt destinate prelucrării roţilor dinţate cu dinţi drepţi sau înclinaţi, prin rulare, utilizând procedeul rabotării. Principiul procedeului este prezentat în figura 5.108. Pentru prelucrare se utilizează două cuţite C1 şi C2, având forma din figura 5.108, a (pentru finisare), sau cea din figura 5.108, b (pentru Fig.5.107 degroşare). Cuţitele sunt fixate în doi suporţi portcuţit independenţi, amplasaţi pe două sănii care se deplasează pe ghidajele G1 şi G2 (fig.5.108, c), amplasate pe reglează la va-

un tambur T care materializează roata plană la maşină. Unghiul  se

184 loarea unghiului dintre două flancuri alăturate, sau dintre doi dinţi alăturaţi ai roţii plane. Prin deplasarea în antifază a celor două cuţite în mişcarea principală de aşchiere v, muchiile lor active generează în spaţiu flancurile dintelui roţii plane de referinţă cu care va angrena semiFig.5.108 fabricatul în procesul rulării. Principiul constructiv şi funcţional al maşinilor de rabotat cu două cuţite este prezentat în figura 5.109, în care s-au notat: 1-batiu; 2-sanie axială; 3-suport rotativ; 4-pă-

Fig.5.108

Fig.5.109

185 puşă portpiesă; 5 - sănii portscule; 6 - suporţi reglabili;7 - tamburul maşinii; 8 - păpuşă fixă. O vedere din faţă, simplificată, a tamburului maşinii – elementul care materializează roata plană de generare - este prezentată în figura 5.110, păstrând aceleaşi notaţii. Suporţii 6 permit reglarea unghiului  dintre direcţiile de deplasare ale cuţitelor, prin mişcările de poziţionare w, existând şi alte elemente şi mişcări, nereprezentate, pentru reglarea lungimii şi poziţiei cursei cuţitelor C, precum şi a direcţiei dinţilor. Fig.5.110 Mişcările reprezentate la maşină sunt următoarele: - v – mişcarea principală de aşchiere, realizată de cuţitele C; - wc – mişcarea de avans circular, executată de tamburul 7 (roata plană) pe un unghi limitat, componentă a rulării; - wR – mişcarea de rulare a piesei, cealaltă componentă a rulării; - wd – mişcarea de divizare discontinuă a piesei; - wa – mişcarea de avans sau poziţionare axială a piesei, executată de sania 2; - wp – mişcarea de poziţionare unghiulară a piesei, de reglare a coincidenţei Fig.5.110 direcţiei generatoarei conului interior al roţii cu direcţia v, reglată la suportul 3. Ciclul de lucru cuprinde următoarea succesiune de mişcări: - iniţial, sculele se află în poziţia superioară executând mişcarea v, iar piesa este retrasă axial (wa); - se apropie rapid piesa (wa) până în poziţia prestabilită şi se pornesc mişcările de rulare (wc şi wR); - se execută faza de rulare directă, în care are loc tăierea dinţilor, până ce sculele ies din angrenare cu piesa, ajungând la capătul inferior al cursei (wc); - se retrage piesa (wa) şi se inversează sensul de rulare; în timpul rulării inverse piesa execută şi mişcarea de divizare (wd); - se reia automat ciclul de mai sus pentru prelucrarea dintelui următor. Schema cinematică structurală a maşinii este prezentată în figura5.111,în care s-au notat: C – cuţite de rabotat; P – piesa; T – tamburul maşinii; SA – sanie axială; Ka – camă de avans axial; DC – disc de comandă; K – cuplaj; I – inversor; MD – mecanism de divizare; Dif – mecanism diferenţial; ME – motor electric de antrenare a lanţurilor cinematice; RSv – roţi de schimb pentru reglarea mişcării principale v; RSa – roţi de schimb pentru reglarea mişcării de avans axial wa; RSc – roţi de schimb pentru reglarea mişcării de avans circular wc; RSR – roţi de schimb de rulare; RSd – roţi de schimb de divizare. La comenzi date de discul de comandă DC, inversorul I realizează inversarea sensului de

186 rulare, iar cuplajul K cuplează mecanismul de divizare MD pentru realizarea mişcării wd, care este introdusă în lanţul de rulare (în faza de rulare inversă) prin mecanismul diferenţial Dif.

Fig.5.111 Lanţurile cinematice al maşinii sunt următoarele: - lanţul cinematic principal: ME (n0) – 1 – RSv – D – B – C (v); - lanţul cinematic de avans axial: ME (n0) – 1 – RSa – 2 – 3 – 4 – Ka – SA (wa); - lanţul cinematic de avans circular: ME (n0) – 1 – RSa – 2 – I – RSc – 5 – T (wc); - lanţul cinematic de divizare: MD (0) – Dif – RSd – P (wd); - lanţul cinematic de rulare: T (wc) – 5 – RSR – Dif – RSd – P (wR). Toate lanţurile cinematice se reglează prin roţile de schimb corespunzătoare, în ordinea prezentată mai sus, formulele de reglare fiind indicate în cartea tehnică a maşinii. Ciclul de lucru se desfăşoară semiautomat, maşina oprindu-se după prelucrarea tuturor dinţilor. Datorită procedeului de aşchiere Fig.5.111 (rabotarea) şi divizării discontinue, aceste maşini au o productivitate redusă; având şi o rigiditate redusă, se recomandă utilizarea lor pentru finisarea danturilor, degroşate anterior prin frezare cu scule profilate trapezoidal.

187 5.9.2.2.2. Maşini de frezat dantura curbă. Roţile conice cu dinţi curbi prezintă, comparativ cu cele cu dinţi drepţi, o serie de avantaje ce decurg din gradul de acoperire mare, care asigură un mers mai silenţios şi o capacitate de transmitere a unor momente mai mari, la acelaşi gabarit. Aceste angrenaje sunt mai puţin sensibile la erorile de execuţie şi de montaj, dar au o precizie cinematică mai redusă, ceea ce le recomandă în principal pentru transmisiile auto, pentru care, de fapt, au şi fost concepute. Toate procedeele cunoscute generează evolventa prin rulare, iar forma dintelui (curba directoare) pe roata plană de generare este aceea a unui arc dintr-o anumită curbă materializată pe sculă (arc de cerc, spirală arhimedică), sau realizată cinematic prin rulare (evolventa, cicloida) şi imprimată prin rulare. Sculele utilizate sunt capete de frezat multicuţite, având diferite forme constructive specifice, care asigură o productivitate ridicată, mai ales la procedeele cu divizare continuă. Spre exemplificare, în cele ce urmează se prezintă procedeul de prelucrare a danturii curbe în arc de epicicloidă alungită (sau dantura eloidă) realizată pe maşinile Spiromatic 2 (tip SKM2) -–produsă de firma Oerlikon din Elveţia. Principiul de lucru al maşinilor Spiromatic este prezentat în figura 5.112. Sculele folosite pe aceste maşini sunt capete de frezat cu 3…5 grupe de cuţite (S, fig.5.112) cu profil trapezoidal, fiecare grupă având câte trei cuţite: 1–cuţit de degroşare, care lucrează numai cu tăişul de vârf; 2 – cuţit de finisare, care cu tăişul său lateral exterior taie flancul concav al dintelui; 3 – cuţit de finisare, care cu tăişul lateral interior taie flancul convex al dintelui.

Fig.5.112 Punctele de divizare A ale tuturor cuţitelor de tip 2, cu tăiere exterioară, se află pe un cerc de diametru mai mare ca cel care uneşte punctele de divizare B ale cuţitelor de tip 3, cu tăiere interioară.

188 Capul de frezat S este amplasat pe tamburul 5 (fig.5.113, 5.114) faţă de care poate fi reglat excentric prin intermediul saniei radiale 6 (mişcarea wp4). El execută mişcarea principală de aşchiere n, de rotaţie în jurul axei proprii. Generarea curbei directoare a dintelui are loc prin combinarea mişcării de rotaţie a sculei n cu mişcarea de rotaţie a roţii plane w3; prin rostogolirea rulantei r pe baza b în jurul centrului instantaneu de rotaţie O, deoarece rA  rB  rr, punctele A şi B vor descrie două epicicloide alungite A şi B, care reprezintă directoarele celor două flancuri ale dinţilor roţii plane. Raportul de transmitere al celor două mişcări, n şi w3, corespunde raportului dintre numărul de grupe de cuţite ale capului de frezat (zS) şi numărul de dinţi al roţii plane z0, astfel încât grupele de cuţite intră succesiv în golurile dintre dinţi, care vin pe rând, divizarea fiind continuă. Procesul de danturare, care presupune şi realizarea profilului flancului dintelui (curba generatoare), are loc în două faze succesive: în prima fază, scula S execută, pe lângă mişcarea n, o mişcare de avans axial w1, de pătrundere pe adâncimea de degroşare; în faza a doua, continuă mişcarea de pătrundere w1, dar tamburul 5 începe să se rotească în mişcarea de avans circular w2 (componentă a rulării), iar roata plană primeşte o mişcare de rotaţie suplimentară w3S (cealaltă componentă a rulării). Piesa de prelucrat execută mişcările de rotaţie wP şi wPS, corespunzătoare mişcărilor w3 şi w3S şi raportului de transmitere între roata plană şi piesă, astfel că prin rularea piesei cu roata plană (mişcările w3S şi wPS) are loc generarea profilului evolventic al dinţilor. Pe durata rulării piesa execută o rotaţie continuă multiplă (wP), astfel că golurile dintre dinţi sunt tăiate în mod continuu, la sfârşitul fazei de rulare rezultând o roată cu dantura completă. Principiul constructiv şi funcţional al maşinilor SKM2 este prezentat în figura 5.113, În care s-au notat: 1-batiu;2-suport rotativ;3-păpuşă portpiesă;4-grindă de rigidizare;5-tamburul maşinii; 6-sanie radială; 7-păpuşă portsculă.

Fig.5.113

189 O vedere din faţă a tamburului 5 este prezentată în figura 5.114. Mişcările de lucru sunt următoarele: - n – mişcarea principală de aşchiere şi componentă a rulării pentru generarea cinematică a curbei directoare, executată de capul de frezat S; - wP – mişcarea de rotaţie a piesei, cealaltă componentă a rulării pentru generarea directoarei; - w2 – mişcarea de avans circular a tamburului Fig.5.114

5, componentă evolventei;

a

rulării

pentru

generarea

- wPS – mişcarea de rotaţie suplimentară a piesei, cealaltă componentă a rulării pentru generarea evolventei; - w1 – mişcarea de avans axial, executată de păpuşa portsculă 7, pentru reglarea adâncimii de tăiere a dintelui; - wp1 – mişcarea de poziţionare a păpuşii portpiesă 3; - wp2 – mişcarea de poziţionare unghiulară a piesei, executată de suportul 2; - wp3 – mişcarea de poziţionare de înclinare a axei arborelui principal, astfel încât la deplasarea păpuşii 7 în mişcarea w1, capul de frezat să lucreze cu partea de sus sau cu Fig.5.114 cea de jos, prin aceasta obţinându-se sensul de înclinare a curbei directoare; - wp4 – mişcarea de poziţionare radială a sculei, realizată de sania radială 6; - wp5 – mişcarea de poziţionare verticală a arborelui portpiesă, pentru dezaxarea faţă de arborele portsculă, în vederea prelucrării roţilor aparţinând angrenajelor dezaxate (hipoide). În timpul fazei de finisare şi de generare a evolventei, traversa 4 se blochează hidraulic pe elementele de legătură, mărind rigiditatea sistemului şi contribuind astfel la creşterea preciziei de prelucrare. Aşchierea prin frezare continuă şi divizarea continuă, fac ca aceste maşini să aibă o productivitate de cca. 4 ori mai mare decât cele de prelucrat prin rabotare, fiind recomandate pentru producţia de serie.

1

6. Sisteme de fabricaţie Sistemul de fabricaţie este o parte componentă a sistemului de producţie. În general, prin sistem se înţelege un ansamblu de elemente aflate într-o relaţie structurală de interdependenţă şi interacţiune reciprocă, formând un tot organizat, funcţional. Sistemele sunt orientate ca scop, atunci când există un mijloc ce poate fi utilizat pentru obţinerea rezultatelor dorite. Sistemul de producţie este constituit din totalitatea componentelor naturale şi artificiale (materii prime, materiale, energie, scule, dispozitive, utilaje tehnologice, clădiri), oameni şi relaţii de producţie, concepte (teorii, metode, procedee) şi organizarea muncii, având ca scop un obiectiv economico-social. Sistemul de fabricaţie are rolul de realizare fizică (directă) a produsului, prin transformări fizico-chimice şi de formă a fluxului material cu ajutorul fluxului energetic, prin care informaţiile tehnologice (fluxul informaţional) se transferă produsului. Schematizarea generală a unui sistem de fabricaţie (SF) este prezentată în fig. 6.1. Subsistemul de prelucrare (Sb P) este format din utilajele şi instalaţiile tehnologice, logistica industrială, subsistemul de comandă şi reglare şi subsistemul de diagnoză de proces. În subsistemul de prelucrare interacţionează cele trei fluxuri (FM –flux material, FI – flux informaţional, FE – flux energetic) şi transferă Fig. 6.1 informaţiile asupra produsului. FM este format din materii prime, materiale, produse finite şi intermediare, scule dispozitive şi verificatoare. FI conţine date tehnice referitoare la procesul de fabricaţie şi la produse, date cu caracter economic pentru conducerea generală a sistemului de fabricaţie SF. În funcţie de rigiditatea ciclului de lucru, sistemele de fabricaţie pot fi rigide şi flexibile. Ciclul de lucru reprezintă totalitatea mişcărilor de acţionare necesare prelucrării unei piese pe o maşină-unealtă sau pe un sistem de maşini - unelte. Ciclul de funcţionare rigid este ciclul ale căror elemente se succed într-o ordine strictă, iniţial stabilită, în funcţie de procesul tehnologic şi maşina-unealtă dată. Oricare modificare a ordinii elementelor ciclului impune modificări cinematice şi constructive ale maşinii-unelte. Maşinile-unelte cu ciclul de lucru rigid sunt: strungurile automate mecanice, maşinile-unelte agregat şi liniile automate de transfer. Ciclul de funcţionare elastic este ciclul ale cărui elemente se succed într-o ordine strictă, iar la un moment dat, această ordine poate fi modificată rapid şi cu uşurinţă, fără a necesita nici o modificare cinematică sau constructivă a maşinii-unelte; este întâlnit la: maşinile-unelte cu comandă numerică, centrele de prelucrare, sistemele de fabricaţie flexibilă.

2

6.1 Sisteme de fabricaţie rigidă Sistemul de maşini-unelte reprezintă totalitatea maşinilor-unelte, utilajelor tehnologice şi de control, a instalaţiilor, legate între ele printr-o logistică industrială proprie (mijloace de manipulare, stocare, depozitare, transport intern, gestiunea semifabricatelor, pieselor finite), fiind destinat executării unui proces tehnologic unitar. Sistemele de fabricaţie rigidă se caracterizează prin fluxul de material unisens, fără întoarceri, deplasări laterale sau traiectorii intersectate, ordinea operaţiilor tehnologice fiind strictă, fără a putea fi modificată în sistemul dat. În sistemele rigide se prelucrează unul sau două repere, rar o familie unică de repere. Sistemele de fabricaţie rigidă sunt destinate prelucrării în producţia de serie mare sau de masă a semifabricatelor de tip: carcase şi plăci, bare circulare şi necirculare, bucşe, discuri, piese standardizate şi atipice. În funcţie de modul de agregare, sistemele rigide pot fi agregate serie, paralel şi mixt, iar în funcţie de tipul sistemului de transfer: cu transfer liniar sau cu transfer circular. 6.1.1 Linii automate Linia automată reprezintă un sistem de maşini-unelte dispuse în ordinea strictă a fluxului tehnologic de prelucrare, caracterizat prin transportul automat al piesei de la un post de lucru la altul, realizând transformarea automată a semifabricatului în piesă finită. Liniile automate cuprind şi instalaţii pentru conducerea şi supravegherea de la distanţă a procesului de prelucrare, pentru controlul activ al dimensiunilor prelucrate, pentru acţionarea dispozitivelor de alimentare, poziţionare şi fixare a semifabricatelor şi pentru depozitarea pieselor finite Posturile de lucru ale unei linii automate pot fi formate din: maşini-unelte agregat, strunguri automate, maşini-unelte automate, precum şi agregate de spălat, control tratament termic, montaj. Liniile automate sunt destinate prelucrării pieselor din grupa carcaselor, blocurilor motoare, arborilor cotiţi, bielelor, furcilor cardanice, pistoanelor, etc. Pe o linie automată se poate efectua un număr mare de operaţii distincte de prelucrare, aceasta fiind utilizată în producţia de serie mare şi masă, pentru fabricarea pieselor cu formă geometrică complicată şi dimensiuni mici şi mijlocii.





6.1.1.1. Clasificarea liniilor automate După principiul de funcţionare: - linii automate cu funcţionare sincronă (cu legătură rigidă între posturile de lucru); - linii automate cu funcţionare asincronă ( cu legătură elastică). După tipul maşinilor-unelte care compun posturile de lucru: -

linii automate formate din : - maşini-unelte universale;

3 - maşini-unelte specializate; - maşini-unelte speciale, - maşini-unelte agregat. 







După tipul transportului piesei: - linii automate staţionare; - linii automate rotoare. După tipul procesului tehnologic realizat: - linii automate pe care se realizează un singur tip de operaţii; - linii automate combinate. După caracterul programului de automatizare a ciclului de lucru: - linii automate cu program rigid; - linii automate cu program elastic. După construcţia liniei: -

linii automate cu un singur flux de prelucrare; linii automate ramificate ( cu mai multe fluxuri).

6.1.1.2. Structura liniilor automate Deoarece prelucrarea piesei pe o linie automată are loc în mai multe posturi de lucru, liniile automate sunt supuse procesului de agregare, putând funcţiona după principiul agregării în serie, paralel şi mixt. În figura 6. 2 sunt prezentate câteva scheme de compunere a liniilor automate cu un singur flux.

Fig.6.2

4 Astfel, în figura 6. 2, a este prezentată o linie cu transport direct, agregată în serie, iar în figura 6. 2, b este prezentată tot o linie cu transport direct, agregată în serie, dar cu prelucrare bilaterală a piesei. În figura 6. 2, c este prezentată o linie automată cu transport paralel, cu agregare în serie, iar în figura 6. 2, d , o linie automată cu transport paralel şi cu agregare paralelă. Structura unei linii automate sincrone cu transport direct cuprinde, în afară de posturile de lucru şi alte posturi şi instalaţii (fig. 6. 3 ). Posturile de lucru sunt dispuse echidistant între ele, iar transportul semifabricatului de la un post de lucru la următorul se face cu transportoare numite “pas cu pas”. În general, posturile de lucru sunt constituite din maşini-unelte agregat cu posibilităţi de prelucrare a pieselor de formă paralelipipedică, precum şi a pieselor de formă neregulată.

Fig.6.3 Părţile componente sunt: 1- panou hidraulic central al liniei; 2- dispozitiv de acţionare a transportorului; 3- sistem de răcire cu recirculare ( pentru răcirea sculelor şi a piesei); 4- transportor pas cu pas ( pentru transportul semifabricatului de la un post de lucru la altul); 5- post de alimentare cu semifabricat; 6- dispozitive de bazare şi fixare a piesei, în vederea prelucrării; 7- post de lucru; 8- dispozitive de rotire a piesei în plan orizontal, în vederea executării prelucrării mai multor suprafeţe ale piesei; 9- dispozitive de răsturnare şi vibrare a piesei ( pentru îndepărtarea aşchiilor); 10- posturi de control; 11dispozitive de rotire în plan vertical; 12- transportor colector de aşchii (conduce aşchiile în ladă –14);13- post de evacuare a piesei finite; 15- pupitrul central (comandă desfăşurarea automată a ciclului de lucru); 16- dulapul cu aparataj electric.

6.2 Sisteme flexibile de fabricaţie Sistemele de fabricaţie actuale sunt rezultatul unei evoluţii de peste 100 de ani şi constituie modul de răspuns al acestora la modificările apărute în mediul economic în care acţionau. Necesitatea de adaptare continuă la modificările care survin în mediul economic

5 a determinat constituirea sistemelor flexibile de fabricaţie. În ultimii ani, flexibilitatea a devenit un concept fundamental în cadrul sistemelor de fabricaţie, ea fiind noul mod de răspuns al sistemelor de fabricaţie la cerinţele pieţii. Flexibilitatea în sens general, este capacitatea sistemului de fabricaţie de adaptare rapidă la cerinţele pieţii, prin executarea de sarcini de porducţie variabile în timp scurt, cu cheltuieli şi modificări structurale minime şi funcţionare profitabilă pe un interval lung de timp. Flexibilitatea este capacitatea sistemului de a răspunde eficient tehnico-economic la codiţiile variabile: tehnologice (modificarea ordinii operaţiilor, diversitatea traseelor sculelor, serii de fabricaţie variabile) şi funcţionale (modificarea regimurilor de aşchiere, modificarea traseelor de transport, modificarea mărimii şi geometriei sistemului de fabricaţie, necesitatea unui număr variabil de scule, grade de încărcare diferite ale maşinilor-unelte). Sistemul flexibil de fabricaţie este sistemul de fabricaţie cu un nou comportament, ca răspuns la sarcinile actuale impuse de piaţă: diversitate, seria de fabricaţie, complexitatea produselor, timp de livrare şi cost. El constă într-un ansamblu de utilaje tehnologice, predominante fiind maşinile-unelte CNC, interconectate între ele prin intermediul unor sisteme automate de transport / transfer şi gestiune şi controlat printr-un sistem integrat de calculatoare Sistemul flexibil de fabricaţie reprezintă un proces evolutiv, o modalitate nouă de organizare şi conducere a procesului de producţie, care încorporează cele mai recente dezvoltări în microelectronică, maşini-unelte CNC, manipulatoare, roboţi industriali, tehnici avansate de diagnoză, metode moderne de automatizare a fluxului de informaţii şi de materiale, sisteme expert, tehnologia senzorilor, programe de nivel înalt, inteligenţă artificială. Sistemele flexibile şi-au făcut apariţia în contextul necesităţii obiective de creştere a exigenţelor şi performanţelor producţiei de serie mică şi mijlocie la nivel superior. Ele şi-au aflat consacrarea în spaţiul vast al tehnologiilor de prelucrare prin aşchiere, vizând dezvoltarea sistemelor integrate de fabricaţie, capabile să efectueze în mod complet automatizat, toate operaţiile necesare obţinerii unui produs finit, de la preluarea lui din magazie, sub formă de semifabricat şi până la asamblarea şi controlul final al calităţii. În timp ce sistemele automatizate rigide, sunt concepute pentru realizarea unei singure sarcini de fabricaţie, sistemele flexibile sunt gândite astfel încât să se poată transforma în vederea realizării mai multor variante de produse. Elementele de bază ale noilor structuri flexibile le constituie maşinile-unelte cu comandă numerică (CN sau CNC), centrele de prelucrare, roboţii, manipulatoarele, transportoarele automate. Principalele caracteristici ale sistemelor flexibile de fabricaţie, prin care acestea se diferenţiază faţă de sistemele de producţie rigide sunt: - flexibilitatea; - capacitatea de a accepta semifabricate într-o ordine aleatoare;

6 -

capacitatea de prelucrare simultană sau succesivă a unor piese diferite

aparţinând unei aceleiaşi familii, utilizând scule şi dispozitive de prindere/ fixare necesare la o anumită maşină, în secvenţa dorită; - utilizarea în domeniul producţiei de unicate, serie mică şi mijlocie; - autonomie funcţională pentru trei schimburi, fără intervenţia operatorului uman, pentru funcţiile direct productive; - utilizează maşini-unelte cu comandă numerică, roboţi industriali, sisteme automate de transport, mini- sau microcalculatoare; - realizează încărcarea intensivă a maşinilor. Entitatea organizatorică în care se realizează fabricaţia flexibilă este denumită generic “sistem flexibil de fabricaţie”. Structura organizatorică pe 4 niveluri ierarhice a unui sistem flexibil de fabricaţie, este prezentată în figura 6. 4, în care: 1 - fabrică automatizată flexibil ; 2 - ateliere (sisteme) flexibile de fabricaţie (SFF); 3 - celule flexibile de fabricaţie (CFF); 4 - unităţi (module) flexibile de fabricaţie (MFF); 5 - linii flexibile de fabricaţie (LFF); 6 - maşini-unelte cu comandă numerică Fig.6.4 deservite de roboţi. Componentele principale ale acestei structuri sunt :  Modulul flexibil de fabricaţie (MFF) este compus dintr-un centru de prelucrare, un depozit multipalete, un schimbător de palete şi un dispozitiv de schimbare a sculelor, care poate funcţiona în regim automat.  Celula flexibilă de fabricaţie (CFF) este compusă din două sau mai multe module MFF de acelaşi tip, cu maşini conduse direct prin calculator.  Linia flexibilă de fabricaţie (LFF) este situată de către literatura de specialitate germană, la acelaşi nivel cu CFF. Linia flexibilă de fabricaţie este reuniunea mai multor MFF diferite sau de acelaşi Fig.6.4 tip.  Atelierul (sistemul) flexibil de fabricaţie (SFF) este o reuniune de CFF interconectate prin sisteme automate de transport (vehicule ghidate automat controlate de calculator), care deplasează paletele, piesele şi sculele între maşini. Tot sistemul este sub controlul direct al unui calculator central sau local, care coordonează maşinile-unelte cu comandă numerică.  Fabrica (uzina) automatizată flexibil rezultă din compunerea mai multor SFF, procesul de fabricaţie fiind complet automatizat. Evoluţia automatizării flexibile a fabricaţiei s-a înscris pe traiectoria maşină-unealtă cu comandă numerică – centru de prelucrare – celulă flexibilă de fabricaţie – sistem flexibil

7 de fabricaţie – atelier flexibil – vizând, în viitor fabrica complet automatizată ( “fabrica fără operatori umani”). 6.2.1 Structura sistemului flexibil de fabricaţie Sistemul flexibil de fabricaţie a fost constituit prin: - aplicarea comenzii numerice la maşinile-unelte, în general, şi la centrele de prelucrare, în particular; - dezvoltarea unor tehnologii auxiliare variate necesare automatizării: sistemul de transfer automat al sculelor, compus din magazii de scule, mână mecanică, mecanism de indexare arbore principal; transportul automat al pieselor şi sculelor în sistem; paletizarea; depozite automate de piese etc.; - introducerea calculatorului electronic pentru comanda sistemului. Sistemul flexibil de fabricaţie poate fi considerat ca un sistem cibernetic cu posibilităţi proprii de autoreglare şi optimizare a proceselor de prelucrare, prin integrarea unor elemente de inteligenţă artificială, sub comanda centralizată a calculatorului. Din punct de vedere structural, sistemul flexibil de fabricaţie este alcătuit din trei subsisteme: - subsistemul de prelucrare; - subsistemul logistic al materialelor, sculelor şi instrumentelor; - subsistemul informaţional. Subsistemul de prelucrare reuneşte maşini-unelte cu comandă numerică, centre de prelucrare sau celule şi unităţi flexibile, dispuse într-o configuraţie de tip serie, paralelă sau mixtă, care realizează în regim automat, sub conducerea calculatorului electronic, prelucrarea semifabricatelor, schimbarea sculelor, supravegherea procesului de prelucrare şi controlul calităţii. Maşinile-unelte utilizate în cadrul sistemului flexibil de prelucrare acoperă o gamă foarte largă, cele mai reprezentative fiind: centrul de prelucrare, strung, strung cu batiu înclinat, maşină de frezat şi alezat, maşină de găurit, maşini-unelte agregat cu cap revolver şi cu capete multiaxe, maşină de rectificat, maşină de prelucrat prin electroeroziune, maşină de prelucrat prin ultrasunete, etc., precum şi maşini speciale: măşină de măsurat în coordonate, maşină de spălat, maşină de debavurat. Subsistemul logistic al materialelor şi sculelor cuprinde ansamblul de mecanisme şi mijloace utilizate pentru transferul în spaţiu (manipulare, transport) şi transferul în timp (depozitare) a semifabricatelor, pieselor finite, sculelor, dispozitivelor, verificatoarelor, materialelor auxiliare, aşchiilor şi deşeurilor, lichidelor de răcire-ungere. Automatizarea acestuia reprezintă o condiţie obligatorie pentru funcţionarea unui sistem flexibil de fabricaţie şi cuprinde: - automatizarea fluxului de semifabricate şi piese finite; - automatizarea fluxului de scule; - automatizarea fluxului de dispozitive, verificatoare;

8 -

automatizarea fluxului de materiale auxiliare, aşchii, lichide de răcire, ungere

şi deşeuri. Subsistemul informaţional

realizează comanda şi controlul în regim automat al

celorlalte două subsisteme, prin culegerea, prelucrarea, memorarea şi transmiterea informaţiilor privind mişcările în spaţiu şi timp ale semifabricatelor, pieselor finite, sculelor şi dispozitivelor, stadiul curent de realizare a sarcinilor tehnologice de fabricaţie, comportarea maşinilor, procesele de prelucrare şi control, etc. Conducerea sistemului flexibil de fabricaţie şi asigurarea unei exploatări optime a fiecărei maşini ce intră în componenţa acestuia sunt simultan realizate pe baza sistemelor modulare de programe, depozitate în memoria calculatorului electronic şi transmise maşinilor-unelte cu comandă numerică în funcţie de necesităţi. Calculatorul electronic reprezintă elementul de legătură fundamental care conferă unitate, flexibilitate, mobilitate şi autonomie operaţională întregului sistem flexibil. 6.2.2 Celula flexibilă de fabricaţie Celula flexibilă de fabricaţie, veriga de bază a sistemului flexibil de prelucrare, se prezintă ca o unitate autonomă de prelucrare rezultată în urma completării unui centru de prelucrare cu un modul de manipulare şi înmagazinare a pieselor, compus din magazin de palete, mecanism de transfer al acestora şi un post de încărcare / descărcare, în unele cazuri adăugându-se posturi de curăţire / spălare a pieselor, de prereglare şi măsurare a sculelor şi dialog permanent cu calculatorul de proces, magazii suplimentare de scule cu mecanismul de transfer aferent. În figura 6. 5 este prezentata spre exemplificare structura unei celule flexibile de fabricaţie, de construcţie românească tip CPFH 320 CF (500 CF).

Fig.6.5

9 Elementele care intră în structura celulei flexibile de fabricaţie sunt: 1 - centrul de prelucrare (CPFH); 2 - panoul de comandă numerică CNC; 3 - centrul de comandă cu calculatorul (C); 4 - schimbător de palete mobil (SPM); 5 - stocator de palete (SP); 6 - maşini de spălat (M Sp); 7 - maşini de măsurat (MM); 8 - post de încărcare – descărcare (PID); 9 - magazie de piese (MP); 10 - manipulator (M);11 - magazie de scule (MS);12 - robot industrial (RI); 13 - panou hidraulic (PH); 14 - tabloul electric.

218

7. Maşini şi scule pentru prelucrări prin presare la rece. Presarea la rece este un procedeu de prelucrare mecanică a pieselor prin presiune, fără detaşare de aşchii, din semifabricate tip tablă sau bară laminată. Ea prezintă o serie de avantaje tehnico-economice, comparativ cu alte procedee de prelucrare, şi anume: - se pot obţine piese de formă complexă, dificil sau chiar imposibil de realizat prin alte procedee; - consum specific redus de metal, ceea ce permite realizarea unor piese cu greutate redusă; - grad mare de utilizare a materialului; - productivitate ridicată; - posibilităţi largi de automatizare; - costuri de fabricaţie reduse. Comparativ cu prelucrările prin aşchiere, prelucrările prin presare prezintă următoarele dezavantaje: - precizie dimensională şi de formă mai redusă; - rigiditate mai mică, chiar dacă se utilizează metode de mărire a rigidităţii (nervurare, bordurare, etc.); - necesitatea unor prelucrări sau ajustări ulterioare, în vederea ridicării preciziei la unele cote având toleranţe mici. Aplicarea procedeului necesită utilaje simple, dar dispozitivele de lucru sunt complicate şi scumpe, astfel că procedeul se aplică numai în cazul producţiei de serie şi masă.

7.1. Operaţii de presare la rece. Procedeul de presare la rece cuprinde un număr mare de operaţii diverse, a căror clasificare se face în primul rând, după caracterul deformaţiilor, în două grupe: - operaţii de tăiere – caracterizate prin separarea parţială sau totală a piesei de semifabricat, realizată prin forfecare; - operaţii de matriţare – care modifică forma şi dimensiunile semifabricatului prin deformare plastică, fără separare de material. Operaţiile de tăiere, prezentate în figura 7.1, sunt următoarele: - debitarea (fig.7.1, a) – este operaţia de separare a piesei de semifabircat prin tăiere după un contur deschis, cu sau fără obţinere de deşeu; - decuparea (fig.7.1, b) – este operaţia de separare a piesei de semifabricat prin tăiere după un contur închis;

219 - perforarea (fig.7.1, c) – este operaţia de separare a deşeului de piesă prin tăiere după un contur închis; - crestarea (fig.7.1, d) – este operaţia de tăiere parţială a piesei după un contur deschis.

Fig.7.1 Operaţiile de matriţare pot fi grupate la rândul lor în două grupe: - operaţii cu modificarea formei semifabricatului, fără redistribuirea voită a materialului, care cuprinde următoarele subgrupe de operaţii: de îndoire, de ambutisare şi de fasonare; - operaţii cu modificarea formei semifabricatului şi redistribuirea voită a materialului, sau operaţii de presare volumică. Operaţiile de îndoire, prezentate în Fig.7.1 figura 7.2, sunt următoarele:

Fig.7.2 - îndoirea simplă (fig.7.2,a) – este operaţia de curbare a unui semifabricat plan în jurul unei axe de îndoire; - roluirea (fig.7.2,b) – este operaţia de curbare completă a unui semifabricat plan după o anumită rază; Fig.7.2 - răsucirea (fig.7.2,c) – este operaţia de rotire a semifabricatului în jurul axei sale geometrice. Operaţiile de ambutisare, prezentate în figura 7.3, sunt următoarele:

Fig.7.3 - ambutisarea propriu-zisă (fig.7.3,a) – este operaţia de transformare a unui Fig.7.3 formei şi dimensiunilor acesteia; semifabricat plan într-o piesă cavă, sau modificarea

220 - ambutisarea cu subţierea voită a materialului (fig.7.3,b) – este operaţia de subţiere a pereţilor unei piese cave, realizată prin tragere printr-o placă activă cu diametrul mai mic; - tragerea pe calapod (tipar) (fig.7.3,c) – este operaţia de transformare a unui semifabricat plan într-o piesă profilată, prin întindere şi curbare pe un calapod. Operaţiile de fasonare, prezentate în figura 7.4, sunt următoarele: - reliefarea (fig.7.4,a) – este operaţia de formare a unui relief concav-convex prin întinderea locală a materialului piesei;

Fig.7.4 - răsfrângerea interioară (fig.7.4,b) sau exterioară (fig.7.4,c) – constă în deformarea marginilor pe un contur închis, pentru formarea unui bosaj sau a unei borduri; - bordurarea (fig.7.4,d) – este operaţia de formare a unei borduri semicirculare sau circulare, la marginea unei piese cave; - gâtuirea (fig.7.4,e) – este operaţia de micşorare a dimensiunii transversale a unei piese cave sau tubulare, prin presarea radială a materialului spre interior; - lărgirea (fig.7.4,f) – este operaţia de mărire a dimensiunii transversale a unei piese cave sau tubulare, prin presarea radială a materialului spre exterior. Operaţiile de presare volumică, prezentate Fig.7.4în figura 7.5, sunt următoarele: - lăţirea (fig.7.5,a) – este operaţia de micşorare a înălţimii unei piese pline, prin deplasarea liberă a materialului în direcţie transversală;

Fig.7.5 F

221 - refularea (fig.7.5,b) – este operaţia de îngroşare locală a piesei, prin deplasarea şi redistribuirea voită a materialului; - extrudarea (fig.7.5,c) – este operaţia de micşorare a diametrului unei piese, sau realizarea unei piese cu pereţi subţiri prin deplasarea materialului printre elementele active ale matriţei; - calibrarea (fig.7.5,d) – este operaţia de realizare a unor dimensiuni şi forme precise la exteriorul sau interiorul unei piese; - ştamparea (fig.7.5,e) – este operaţia de imprimare a unui relief concav-convex pe suprafaţa unei piese, prin modificarea locală a grosimii acesteia. Prelucrarea prin presare la rece a pieselor se poate face prin una din operaţiile simple prezentate mai sus, sau prin operaţii combinate: de ştanţare, de matriţare sau de ştanţare şi matriţare. Operaţiile combinate pot fi: simultane, succesive, sau simultan-succesive. Operaţiile combinate simultane se realizează la o singură cursă a berbecului presei, într-un singur post de lucru; operaţiile combinate succesive se obţin prin deplasarea semifabricatului prin mai multe posturi ale dispozitivului de lucru, fiind necesare tot atâtea curse ale berbecului. Prin combinarea operaţiilor se obţine o creştere a productivităţii şi a preciziei de prelucrare

7.2. Dispozitive pentru presarea la rece. Dispozitivele pentru presarea la rece, în funcţie de operaţia sau operaţiile de presare pe care le execută, se clasifică astfel: - dispozitive de ştanţare, sau ştanţe, destinate exclusiv operaţiilor de ştanţare, pot fi simple (pentru o singură operaţie de ştanţare) sau combinate (pentru realizarea mai multor operaţii simple de ştanţare), cu acţiune simultană, succesivă sau simultan-succesivă; - dispozitive de matriţare, sau matriţe, destinate efectuării operaţiilor de matriţare, pot fi simple sau combinate, cu acţiune simultană, succesivă sau simultan-succesivă; cele combinate se folosesc mai rar decât cele simple; - dispozitive combinate de ştanţare şi matriţare, destinate prelucrării simultane, succesive, sau simultan-succesiv prin ambele tipuri de operaţii. Elementele principale ale unui dispozitiv de presare la rece sunt sculele: poansonul şi placa activă, care au forme şi denumiri specifice operaţiilor de presare pe care le execută (de decupare, de îndoire, de ambutisare, etc.). Fiecare grupă de dispozitive conţine o mare varietate de construcţii specifice pentru prelucrarea diferitelor tipuri de piese, existând chiar cataloage de ştanţe şi matriţe. În continuare, spre exemplificare, vor fi prezentate câteva tipuri mai uzuale. 7.2.1. Ştanţe pentru decupare-perforare. După modul de funcţionare, ştanţele de decupare-perforare pot fi cu acţiune simplă, simultană, succesivă sau simultan-succesivă. După modul de ghidare a sculelor, sunt de următoarele tipuri: fără ghidare, cu placă

222 de ghidare, cu coloane de ghidare şi cu ghidare combinată. Ştanţele fără ghidare, sau deschise, se utilizează la prelucrarea în serie mică a pieselor simple de dimensiuni mari şi precizie redusă. Subansamblul mobil se fixează de berbecul presei fără a fi ghidat faţă de subansamblul fix, care se montează pe masa maşinii, apărând deficienţe de centrare şi reglare care reduc precizia de prelucrare şi durabilitatea sculelor; de aceea aceste dispozitive sunt mai puţin folosite. Ştanţele cu ghidare, sau închise, elimină dezavantajele de mai sus, cele mai performante fiind cele cu coloane de ghidare sau cu ghidare combinată. După numărul de coloane, pot fi: cu două coloane, amplasate în partea posterioară a ştanţei sau în diagonală şi cu patru coloane (pentru semifabricate individuale). În figura 7.6 este prezentată a ştanţă cu două coloane de ghidare, care se compune din următoarele elemente:1-placă de bază;2-placă tăietoare;3-coloane de ghidare;4-bolţuri de ghidare;5,6-rigle de conducere a benzii;7-placă de apăsare;8-arcuri de apăsare;9-tije de limitare a cursei plăcii de apăsare; 10-bucşe de ghidare; 11-placă superioară (de cap);12-placă de sprijin;13-placă portpoanson;14-poanson 15-cep pentru prinderea subansamblului mobil de berbecul maşinii; 16-opritor fix. Placa tăietoare şi poansonul se construiesc din oţeluri aliate tratate termic la o duritate de cca.55 HRC – pentru poanson, şi cca. 65 HRC – pentru placă. Pentru reducerea frecărilor şi a uzurilor poansonului, precum şi pentru evacuarea uşoară a piesei (sau deşeului), aleFig.7.6 zajul din placă este tronconic (cu unghi mic). Jocul radial dintre poanson şi placa tăietoare este dependent de grosimea semifabricatului, g, şi de natura materialului de prelucrat, având valoarea:

j r  0,02... 0,05  g .

(7.1)

Ştanţa funcţionează în felul următor: semifabricatul, sub formă de bandă, se introduce între riglele de conducere; pornind cursa de coborâre a berbecului presei, placa de apăsare 7 apasă semifabricatul pe placa tăietoare cu o forţă de apăsare determinată de arcurile 8, pentru asigurarea stabilităţii acestuia în timpul forfecării, iar apoi coboară şi poansonul 14, realizând decuparea (perforarea), piesa (deşeul) fiind evacuat prin alezajul din placa de bază într-un buncăr de colectare; la ridicarea berbecului, întâi se ridică

223 poansonul, iar după extragerea lui din semifabricat (piesă) se ridică şi placa de apăsare, permiţând avansul benzii în vederea prelucrării piesei următoare. Avansul benzii se poate face manual, dar cel mai frecvent în mod automat, la fiecare cursă a berbecului fiind prelucrată o piesă. Datorită jocului dintre poanson şi placa tăietoare şi centrării necorespunzătoare a acestora, la ştanţarea obişnuită forfecarea materialului este însoţită de eforturi de încovoiere şi de tracţiune,care determină apariţia unor defecte ale piesei decupate (fig.7.7) şi anume: înclinarea pereţilor laterali cu un unghi  (eroare de conicitate) însoţită de o rugozitate mare; rotunjirea muchiei inferioare cu raza r; Fig.7.7

apariţia unei bavuri la muchia superioară. Aceste erori pot fi corectate parţial prin supunerea piesei la o operaţie de calibrare, ulterioară decupării.

Obţinerea unor piese cu o precizie dimensională ridicată (0,01 [m]), rugozităţi până la Ra = 0,4 [m] şi erori minime de formă este posibilă prin utilizarea procedeului de ştanţare de precizie, prezentat în figura 7.8, a, în care s-au notat: 1 - poanson; 2 - placă de apăsare; 3 - placă tăietoare; 4 - contrapoanson. Fig.7.7

Fig.7.8 Placa de apăsare,prevăzută cu o muchie având forma din figurile 7.8,b sau c şi cotele dependente de grosimea semifabricatului, este apăsată cu o forţă mare, Q1, care determină imprimarea muchiei în semifabricat, generând o stare de comprimare radială a materialului înaintea forfecării. În timpul coborârii poansonului, acţionat cu forţa F  Q2, contrapoansonul se opune cu forţa Q2 care determină o comprimare axială a materialului piesei pe durata forfecării. Efectul stării complexe de eforturi din material în zona de tăiere este apariţia unei forfecări aproape pure Fig.7.8 a materialului, şi obţinerea unor piese de înaltă precizie. Aşa cum a rezultat mai sus, acţionarea unei ştanţe de precizie necesită o presă cu triplă acţiune (cu trei berbeci). Viteza de deplasare a poansonului trebuie să fie mică (v = 5…15 [mm/s]), iar forţele controlate, astfel încât acţionarea acestor prese este realizată aproape exclusiv cu sisteme hidraulice. Procedeul ştanţării de precizie este foarte răspândit în industria de mecanică fină, la realizarea plăcilor şi a roţilor dinţate pentru orologerie şi alte aparate, asigurând precizii şi productivităţi ridicate, la un cost redus.

224 7.2.2. Matriţe pentru îndoire. Operaţia de îndoire este dintre cele mai răspândite operaţii de matriţare la rece, realizată pentru semifabricate din tablă sau profilate. În funcţie de volumul producţiei şi de mărimea pieselor, îndoirea se poate realiza în mai multe moduri: - cu dispozitive manuale, pentru producţia de unicate, la îndoirea pieselor de gorsime mică şi pe lungimi relativ reduse; - pe maşini speciale de îndoit, mecanizate, pentru producţia de unicate şi serie, pentru piese cu grosimi şi lungimi mari; - cu ajutorul matriţelor acţionate de prese, pentru producţia de serie mare, la piese de mărimi mici şi mijlocii. Construcţia matriţelor de îndoire este, în general, mai simplă decât a ştanţelor, dar puternic dependentă de forma piesei şi de numărul axelor de îndoire, care determină forma sculelor: poansonul şi placa de îndoire. Între cele două elemente trebuie să existe un joc, având mărimea dependentă de grosimea g a materialului: j = (1…1,2)g, iar la stabilirea formei (unghiuri, raze) trebuie să se ţină cont de fenomenul de arcuire a piesei, adică de modificarea formei şi dimensiunilor acesteia după eliberarea din matriţă, datorită revenirilor elastice. Arcuirea depinde foarte mult şi de forţa aplicată în faza finală a operaţiei de îndoire, faza de calibrare. După destinaţie, matriţele pot fi: universale şi speciale, acestea din urmă fiind cele mai răspândite. După complexitate, există matriţe simple, destinate îndoirilor simple după o singură direcţie, longitudinală sau transversală, şi matriţe complexe, destinate realizării unor profile complicate sau simple, dar care necesită îndoiri după ambele direcţii. Profilele complexe pot fi realizate prin mai multe operaţii de îndoire simplă, realizate cu matriţe simple, sau printr-o singură operaţie utilizând o matriţă complexă, în acest caz productivitatea şi precizia de prelucrare fiind mult mai bune. Cea mai simplă matriţă de îndoire după o axă are un poanson (riglă) unghiular şi o placă de îndoire de formă prismatică, conjugată poansonului. În figura 7.9 este prezentată o matriţă simplă de îndoire cu saboţi oscilanţi, utilizată pentru realizarea unei piese profilate în formă de T. O astfel de piesă se execută din două operaţii de îndoire: la prima operaţie semifabricatul plan este îndoit în formă de U, iar la a a doua operaţie,

Fig.7.9

realizată pe matriţa de mai sus, se obţine forma finită. Matriţa este compusă din următoarele elemente:1-placă de bază; 2 - plăci înclinate; 3 -saboţi oscilanţi; 4-dorn profilat; 5-arcuri; 6-placă superioară. Piesa, îndoită în formă de U,se

introduce pe dornul 4 (stânga), iar după coborârea berbecului presei (dreapta), aceasta, prin acţiunea saboţilor profilaţi 3 ia forma dornului 4.

225 7.2.3. Matriţe pentru ambutisare. Operaţiile de ambutisare se realizează cu ajutorul matriţelor de ambutisare, pe prese cu dublă acţiune, sau cu dispozitive combinate de decupare-ambutisare, pe prese cu simplă sau dublă acţiune. În timpul operaţiei de ambutisare apar deformaţii plastice intense şi curgeri ale materialului după direcţiile radială şi tangenţială, apărând pericolul cutării semifabricatului şi ruperii lui. Prevenirea formării cutelor pe flanşa semifabricatului se asigură prin reţinerea acestuia, realizată prin apăsarea axială cu un inel de reţinere, acţionat de berbec sau de nişte arcuri cu o forţă determinată şi limitat de placa de ambutisare. Pentru micşorarea forţelor de frecare, care reduc gradul de deformare al materialului şi măresc pericolul fisurării şi ruperii semifabricatului, suprafeţele active ale matriţei se prelucrează cât mai fin, iar semifabricatul se unge cu un lubrifiant corespunzător. În figura7.10 este prezentat, parţial, un dispozitiv combinat de decupare-ambutisare alcătuit din următoarele elemente: 1poanson de ambutisare; 2-poanson de decupare; 3-placă de decupare-ambutisare; 4-inel exterior extensibil; 5-placă de bază. Acţionarea dispozitului se face pe o presă cu dublă acţiune. Mai întâi coboară poansonul 2 care realizează decuparea şi care în continuare joacă rol de inel de reţinere, apăsând semifabricatul decupat pe placa 3 cu o forţă Q, pentru împiedicarea cutării lui în procesul ambutisării,iar apoi coboară şi poansonul 1, până când piesa coboară sub inelul extractor 4. La ridicarea poansonului 1, inelul 4 extrage piesa de pe poanson, iar după ridicarea şi a poansonului 2, banda avansează în vederea prelucrării piesei următoare. Gaura g din poansonul 1 asigură evacuarea aerului în timpul fazei de Fig.7.10

ambutisare. Pe lângă matriţele cu poanson rigid, există şi construcţii care utilizează poansoane elastice din cauciuc sau mase plastice, sau chiar un lichid sub presiune, care permit realizarea unor piese cu forme interioare ce nu pot fi obţinute cu un poanson rigid.

7.3. Maşini pentru presarea la rece. Fig.7.10 Clasificarea maşinilor pentru prelucrări prin deformare la rece se poate face considerând diferite criterii, după cum urmează. După natura operaţiilor pe care le execută, pot fi împărţite în două grupe: maşini pentru tăiere (sau foarfeci) şi maşini pentru presare (sau prese). Maşinile de presat sunt, la rândul lor, de mai multe tipuri.

226 După numărul culisoarelor (al berbecilor), presele pot fi: cu simplă acţiune, cu dublă, triplă sau multiplă acţiune. După natura mecanismelor de acţionare, există prese mecanice, hidraulice şi pneumatice. După construcţia batiului, presele pot fi cu batiu deschis şi cu batiu închis (pentru forţe mari). După gradul de specializare în producţie, există maşini de presat universale, specializate şi speciale. Presele mecanice pot fi clasificate, în primul rând, după tipul mecanismului de acţionare a culisoarelor, după care se cunosc: prese cu manivelă (excentric), cu şurub, cu fricţiune, cu genunchi, etc. Cele mai răspândite sunt presele mecanice cu simplă acţiune, cu manivelă, cu batiu deschis, care sunt maşini universale de presat destinate prelucrărilor de ştanţare (debitare, perforare, decupare) şi de matriţare (îndoire, ambutisare, etc.). Ele se construiesc pentru lungimi mici ale cursei berbecului şi pentru forţe mici şi mijlocii (până la 100 [tf]). Principiul constructiv şi funcţional al preselor mecanice cu manivelă, cu simplă acţiune, cu batiu deschis neînclinabil şi cu masă fixă, este prezentat în figura 7.11, în care s-au notat: 1-batiu; 2-masă fixă; 3-culisor (berbec); 4-sertar; 5-siguranţă; 6-semicuplă sferică;7-capac;8-şurub de reglare;9-contrapiuliţă;10-corp bielă;11-cuplaj cu dinţi;12-bucşă excentrică; 13, 18-apărători; 14-arbore principal; 15-frână; 16-cuplaj; 17-volant; 19-motor electric; T-transmisie cu curele. Maşina dispune de un singur lanţ cinematic – cel principal – având următoarea formulă structurală: 19 (n0) – T – 17 – 16 – 15 – 14 (n) – 10 – 3 (v). (7.2) El nu dispune de mecanism de reglare a turaţiei n, numărul maxim de curse duble pe minut ale culisorului 3 fiind determinat de turaţia motorului, n0, şi raportul de transmitere al transmisiei prin curele T. Volantul 17 este prevăzut în scopul acumulării energiei cinetice pe unghiul de rotaţie în gol, energie pe care o cedează apoi la sfârşitul cursei active (de lucru), pe unghiul corespunzător efectuării presării (maxim 30 ). Lucrul mecanic cedat de volant, în timpul unei operaţii, poate fi calculat cu relaţia:

LJ

12   22 2



Fm  l



,

(7.3)

în care J este momentul de inerţie al volantului, 1 , 2 – vitezele unghiulare la începutul şi sfârşitul fazei de presare, Fm – forţa medie de presare, l – lungimea efectivă de presare şi  - randamentul lanţului cinematic. Admiţând o variaţie a turaţiei între 10[%] (la funcţionarea în regim automat) şi 30 [%] (în regim de curse singulare), se obţin lucrurile mecanice corespunzătoare:

La  0,25  J 

12 2

şi LS  0,5  J 

12 2

.

(7.4)

227

Fig.7.11

Utilizarea volantului permite alegerea motorului electric la o putere medie pe ciclu de lucru şi nu la puterea maximă efectiv necesară în faza de presare, prin aceasta reducându-se costurile şi crescând randamentul. Cuplajul 16 are rolul cuplării-decuplării volantului de arborele principal 14. La funcţionarea în regim automat, el rămâne cuplat permanent; la funcţionarea în regim de curse singulare, el cuplează elementele doar pentru o rotaţie completă, după care decuplează automat, aşteptând o nouă comandă în vederea efectuării cursei următoare. Datorită solicitărilor dinamice mari, acest cuplaj are o construcţie specială, o variantă frecvent întâlnită fiind cea din figura 7.11,b, în care este prezentat cuplajul cu pană rotitoare. În volantul 17 sunt practicate găurile semicirculare G, având aceeaşi rază cu pana rotitoare semicilindrică 21, acţionată de arcul 20, fixat la celălalt capăt de arborele 14. Dacă opritorul 22 este tras în jos pentru un timp scurt, în momentul în care prima gaură G din volant ajunge în dreptul penei, aceasta se roteşte cuplând volantul cu arborele (fig.7.11,c). Prin revenirea opritorului în poziţia iniţială, după efectuarea unei rotaţii arborele aduce pana din nou în dreptul opritorului, care o obligă să se rotească în jurul axei sale; retrăgându-se în locaşul său din arbore, pana decuplează mişcarea.

Fig.7.11

228 Frâna 15 are rolul de a opri mişcarea în momentul în care culisorul 3 ajunge în poziţia superioară, pentru care subansamblul mobil al ştanţei sau matriţei este ridicat, permiţând alimentarea cu semifabricat. Comanda sa este sincronizată cu mişcarea principală v. Transformarea mişcării de rotaţie în mişcare de translaţie este realizată de mecanismul bielă-manivelă. Pentru reglarea mărimii cursei berbecului, pe cepul excentric al arborelui principal (având excentricitatea e1) este montată o bucşă excentrică cu excentricitatea e2, a cărei poziţie unghiulară poate fi reglată cu ajutorul cuplajului cu dinţi 11. Mărimea excentricităţii rezultante e se poate calcula în funcţie de e1, e2 şi unghiul  dintre direcţiile celor două excentricităţi, cu relaţia:

e  e12  e22  2  e1  e2  cos  ,

(7.5)

emax  e1  e2 si

(7.6)

valorile extreme fiind:

emin  e1  e2.

Lungimea cursei berbecului lc se calculează cu relaţia:

l c  2  e .

(7.7)

Poziţia cursei berbecului se reglează prin scurtarea sau lungirea bielei, realizată cu ajutorul şurubului de reglare 8, după care se blochează cu contrapiuliţa 9. Siguranţa 5, introdusă între semicupla sferică 6 şi culisorul 3, are rolul de a proteja presa la suprasarcini accidentale. Ea are forma din desen, secţiunea minimă fiind calculată să se foarfece la depăsirea forţei maxime admisibile de presare, protejând astfel celelalte elemente ale lanţului cinematic. Pentru schimbarea ei, este prevăzut sertarul 4. În partea inferioară, culisorul 3 este prevăzut cu o gaură în care se introduce şi se fixează cepul 15 (fig.7.6) pentru ridicarea subansamblului mobil al ştanţei (matriţei). Masa maşinii, 2, este prevăzută cu canale în formă de T, pentru prinderea, cu ajutorul şuruburilor sau a bridelor, a subansamblului fix al ştanţei (matriţei). Caracteristicile principale ale preselor mecanice, în baza cărora se aleg în vederea unei anumite prelucrări, sunt: forţa nominală, FN [kN]; cursa nominală, lc [mm]; numărul de curse duble pe minut în regim automat, n [cd/min]; lucrul mecanic disponibil La şi LS [Nm]; numărul treptelor de reglare a lungimii cursei şi puterea instalată. Datorită forţelor şi vitezelor mari, maşinile de presat prezintă pericol mare de accidentare a personalului de deservire, accidentele din atelierele de presare fiind dintre cele mai frecvente şi mai grave, datorită şi stresului creeat de zgomot şi de concentrarea atenţiei. Pentru protecţia personalului, organele de comandă ale presei sunt dublate, astfel încât să solicite utilizarea ambelor mâini, iar la presele mari, se utilizează sisteme de protecţie cu fotocelule care nu permit pornirea maşinii în cazul prezenţei unor obiecte străine în spaţiul de lucru.