Download - Precizia MU

Transcript
Page 1: Precizia MU

PRECIZIA ŞI ÎNCERCAREA MAŞINILOR - UNELTE

Precizia maşinilor-unelte poate fi apreciată controlînd la o piesa realizată pe aceasta, precizia dimensională şi a formei, ca şi calitatea suprafeţei piesei.

Totuşi aceste caracteristici ale piesei nu depind numai de precizia maşinii- unelte ci şi de alţi factori ca: gradul de calificare a muncitorului care a executat piesa, parametrii regimului dc aşchicre etc.

Datorită acestor cauze, pentru convingerea beneficiarului pe lîngă piesa de probă, au apărut norme interne (uzinale), standarde naţionale si internaţionale privind reglementarea metodelor de verificare a preciziei geometrice (STAS 6679-62), a turaţiilor si avansurilor (STAS 6904-64), precum şi metodologia verificării preciziei pentru fiecare tip de maşina-unealtă, ca de exemplu: STAS 1671-71, pentru strunguri normale, STAS 4868-70, pentru strunguri de precizie, STAS 3381-73, pentru maşini de frezat, STAS 8010-74, pentru maşini de frezat roţi dinţate.

Metodologia verificării preciziei prevazută in standarde se referă la verificarea preciziei geometrice a elementelor mai importante ale maşinii-unelte. Standardele impun o anumită precizie minimă la care trebuie să raspundă masina in cauză, precizia a cărei verificare o face in primul rînd producătorul, înainte de a prezenta maşina beneficiarului, cu scopul evident de a nu avea surpriza unui refuz de acceptare a maşinii-unelte.

Este evident că acest mod de verificare a preciziei maşinii are mai mult un caracter comercial, întrucît concluziile sale vin prea puţin, sau chiar deloc, în ajutorul tehnologului şi proiectantului.

Din această cauză, producatorii care sînt si proiectanţi, au făcut cercetări, cu caracter mai mult sau mai puţin ştiinţific, asupra cauzelor şi surprizelor care pot avea loc în timpul verificării preciziei maşinii-unelte din producţia proprie.

Standardele prevăd in general o verificare a preciziei geometrice si dimensionale a unor elemente ale maşinii-unelte, ceea ce vizează în primul rănd controlul conştiinciozităţii producătorului cu privire la respectarea condiţiilor de fabricaţie, impuse de proiectant si tehnolog, ori se constată că, maşini-unelte, corespunzătoare din acest punct de vedere, se comportă diferit in funcţionare, în timpul prelucrării pieselor.

Întrucît, în ultimii 20 de ani, cercetarea ştiinţifică privind fenomenele dinamice in construcţiile mecanice a cunoscut o amploare remarcabilă, a fost inevitabil ca comportarea maşinilor-unelte in funcţionare să nu fie studiată şi prin această prizmă, studii care au condus la elaborarea a numeroase lucrări şi altele, dar ale căror concluzii, din nefericire, nu cnverg. Cauzele sînt numeroase, ele datorîndu-se, pe de o parte fenomenelor dinamice care au loc in procesul de aşchiere, iar pe de altă parte, fenomenelor dinamice, proprii funcţionării maşinii-unelte.

Se pare că un aport apreciabil asupra preciziei maşinii-unelte, pe langă precizia geometrică, cu atît mai mult cu cît generarea marii majorităţi a traiectoriilor generatoare

1

Page 2: Precizia MU

şi directoare este condiţionată in primul rănd de precizia realizării cinematice a diferitelor mişcări, cinematica, asupra căreia preocupările cercetătorilor sunt slab reprezentate in literatura de specialitate.

ELEMENTE DE DINAMICA MAŞINILOR, UTILAJELOR ŞI INSTALAŢIILOR

Mişcările de lucru şi auxiliare ale maşinilor, utilajelor şi instalaţii lor sunt însoţite şi se solicitări dinamice a elementelor componente din construcţia lor, influenţând negativ rezultatul acţiunii asupra obiectului de prelucrat, de transportat etc.

Fenomenele dinamice care însoţesc funcţionarea unei maşini, utilaj sau instalaţie provoacă variaţia concomitentă a vitezei instantanee de deplasare relativă dintre subansambluri, a presiunilor de pe suprafeţele de contact ale acestora, a presiunii din motoarele hidraulice, a intensităţii curentului de alimentare a motoarelor electrice etc. Toate aceste variaţii se răsfrâng cu efecte dăunătoare atât asupra organelor de lucru şi a maşinilor, utilajelor şi instalaţiilor cât şi asupra obiectului supus transformări lor în procesul de producţie, productivităţii, iar în unele situaţii pot face imposibilă continuarea procesului de lucru.

Printre cele mai importante fenomene care apar în funcţionarea maşinilor, utilajelor şi instalaţii lor sunt şi vibraţiile. Aceste vibraţii pot fi: libere, forţate şi autovibraţii.

Vibraţiile libere caracterizează procesele tranzitorii, care datorită amortizărilor mari în îmbinările maşinilor, utilajelor şi instalaţiilor au o durată foarte scurtă, neprezentând interes practic deosebit.

Procesele tranzitorii sunt componentele procesului dinamic complex al maşinii, utilajului sau instalaţiei. Astfel, fenomenele dinamice care însoţesc operaţiile auxiliare ale procesului de lucru (pornirea motoarelor de acţionare, accelerarea şi frânarea mişcării subansamblurilor mobile, schimbarea turaţiilor în mecanismele de reglare etc.) pot influenţa întregul proces vibrator al maşinii, utilajului sau instalaţiei. De exemplu, procesele tranzitorii provocate de inversarea sensului mişcării meselor maşinilor de rectificat şi rabotat se desfăşoară concomitent cu procesul de prelucrare, ceea ce complică procesul dinamic al maşinii-unelte respective.

Frecvenţele vibraţiilor libere sunt frecvenţele proprii ale sistemului elastic ale maşinilor, utilajelor şi instalaţiilor, parametru dinamic foarte important pentru desfăşurarea procesului vibrator. Sistemul elastic în cazul maşinilor-unelte cuprinde maşina propriu-zisă, dispozitivul, piesa şi scula şi reprezintă suportul material al zonelor de desfăşurare ale proceselor de lucru şi frecarea din motoarele de acţionare.

Vibraţiile forţate pot fi: vibraţii care depind şi care nu depind de procesul tehnologic. Vibraţiile forţate care depind de procesul tehnologic, în cazul maşinilor-

2

Page 3: Precizia MU

unelte sunt cauzate de: variaţia adaosului de prelucrare, variaţia periodică a secţiunii aşchiei, variaţia durităţii materialului prelucrat.

Vibraţiile forţate care nu depind de procesul tehnologic sunt datorate acţiunii forţelor de inerţie, care apar ca urmare a mişcărilor de rotaţie a maselor neechilibrate din lanţurile cinematice ca şi de vibraţiile transmise de la alte maşini şi instalaţii vecine. Această categorie de vibraţii apare din cauza imperfecţiunilor tehnologice de prelucrare şi asamblare a organelor componente ale maşinilor, utilajelor şi instalaţiilor, a fixării defectuoase a lor pe fundaţie, a unor particularităţi constructive (prezenţa camelor, excentricelor etc.).

Problema principală care se pune în cazul vibraţiilor forţate ale sistemului elastic al maşinilor, utilajelor şi instalaţiilor constă în stabilirea parametrilor constructivi, astfel încât, să nu fie posibilă apariţia rezonanţei în întregul domeniu de variaţie a turaţiilor tuturor lanţurilor cinematice respective.

Autovibraţiile sunt vibraţii neamortizate, datorate unor factori excitatori generaţi de însăşi procesul de lucru, care nu au o variaţie periodică. Autovibraţiile care apar în sistemele elastice pot fi:

- autovibraţii care apar în procesul de aşchiere ca urmare a interdependenţei dintre mărimea forţei de aşchiere şi deplasarea relativă dintre sculă şi semifabricat;

- autovibraţii datorate procesului de frecare prin caracterul dependenţei dintre forţa de frecare şi viteza de alunecare din cuplurile cinematice ;

- autovibraţii datorate defazajului dintre variaţia forţei şi a deplasării. De asemenea procesele tranzitorii şi staţionare care însoţesc funcţionarea motoarelor de acţionare a lanţurilor cinematice pot influenţa desfăşurarea fenomenelor dinamice din sistemele elastice ale maşinilor, utilajelor şi instalaţiilor.

Procesele tranzitorii ale motoarelor electrice de curent continuu sau alternativ se produc la trecerea de la un regim stabil de funcţionare la altul şi se caracterizează prin variaţia turaţiei transmise lanţului cinematic. Procesele transmiterii sunt determinate de comanda acţionării electrice, adică de pornirea, frânarea, schimbarea sensului de rotaţie a rotorului motorului electric, reglarea mărimii de intrare în lanţul cinematic, precum şi de cauze accidentale (variaţia tensiunii reţelei de alimentare sau a frecvenţei în cazul curentului alternativ, conectarea sau deconectarea unei rezistenţe sau reactanţe în circuitul motorului etc.).

Ca şi în cazul motoarelor electrice funcţionarea sistemelor hidraulice prin însăşi principiul de funcţionare a pompelor şi motoarelor hidraulice rotative creează vibraţii ce se pot transmite subansamblurilor maşinilor, utilajelor şi instalaţiilor prin mediul hidraulic, carcase, fundaţie etc. La acestea se adaugă vibraţiile datorate unor fenomene specifice sistemelor hidraulice: cavitaţia, pătrunderea aerului în sistem (îndeosebi în cazul unui rezervor greşit proiectat), strangularea pompei (in cazul unui filtru subdimensionat), trecerea uleiului prin orificii cu secţiuni foarte mici (înecarea droselului).

3

Page 4: Precizia MU

Efectele dăunătoare ale fenomenelor dinamice pot fi evidenţiate prin mai multe exemple. Astfel, la prelucrarea pieselor prin ambutisare, la retragerea sculei din material datorită solicitărilor dinamice există pericolul distrugerii pieselor prelucrate. În cazul pre lucrărilor pe maşini-unelte, dacă funcţionarea acestora este însoţită de fenomene dinamice, se produce o înrăutăţire a rugozităţii suprafeţelor, a preciziei de prelucrare, a formei suprafeţe lor generate.

Tot la aceste tipuri de maşini poate exista o micşorare a productivităţii, deoarece autovibraţiile sunt înlăturate îndeosebi prin micşorarea adâncimii de aşchiere. În acest mod este necesară o redistribuire a adaosului de prelucrare cu creşterea numărului de treceri şi deci cu consecinţe asupra timpului de prelucrare.

Sunt situaţii când, datorită fenomenelor dinamice care apar, se impune întreruperea funcţionării maşinilor, utilajelor şi instalaţiilor. Aceste întreruperi sunt cauzate în principal de griparea pieselor aflate în mişcare relativă unele faţă de altele. Griparea nu se produce însă la maşinile, utilajele şi instalaţiile bine executate, corect întreţinute şi raţional utilizate.

Îmbunătăţirea caracteristicilor sistemului elastic al maşinilor, utilajelor şi instalaţii lor constă în mărirea rigidităţii acestuia, mărirea amortizării elementelor componente şi prin modificarea legăturilor din sistem.

Practica a demonstrat că îmbunătăţirea comportării dinamice a sistemului poate fi realizată nu numai prin mărirea rigidităţii, ci şi prin micşorarea acesteia. Astfel, un arbore din lanţul cinematic al strungurilor stabilit ca un element slab al sistemului, în anumite condiţii este mai indicat să fie tubular, deoarece micşorarea rigidităţii cu maximum 28% determină o comportare dinamică favorabilă condiţiilor de prelucrare.

Mărirea amortizării din sistem are, înainte de toate, consecinţă directă asupra atenuării fenomenelor vibratorii în zonele de rezonanţă. Metodele practice de mărire a amortizării sistemelor elastice a maşinilor, utilajelor şi instalaţiilor constau în: alegerea unor materiale cu capacitate maximă de disipare a energiei vibratorii şi mărirea amortizării din îmbinările sistemului elastic.

Modificarea legăturilor din sistem poate să se realizeze prin: schimbarea parametrilor şi poziţiei relative a subansamblurilor maşinii, utilajului şi instalaţiei, dispozitivului şi organului de acţionare; modificarea dispunerii zonelor de aplicare a forţelor, frecare, a numărului şi formei lor, adică prin modificarea punctelor de acţionare şi a direcţiilor forţelor, care acţionează asupra sistemului elastic.

INFLUENŢA MAŞINII-UNELTE ASUPRA PRECIZIEI DE PRELUCRARE

Printre cei mai importanţi factori care determină precizia de prelucrare pot fi menţionaţi: erorile de execuţie (erori geometrice) ale maşinilor-unelte, deformaţiile statice, deformaţiile termice, vibraţiile, fenomenele de uzură şi de îmbătrânire ş.a.

4

Page 5: Precizia MU

1. Erorile geometrice Orice modificare a mişcării relative dintre piesă şi sculă faţă de mişcarea

prescrisă are ca efect o variaţie corespunzătoare a erorilor de prelucrare, deoarece erorile de execuţie ale maşinilor-unelte se transmit parţial sau integral asupra preciziei de prelucrare.

În general s-a admis şi se admite că cu cât o maşină-unealtă este executată mai precis, cu atât ea asigură o precizie de prelucrare mai mare. De aceea, s-au prevăzut metode şi mijloace pentru determinarea preciziei maşinilor-unelte, precum şi valori limită pentru aceasta; ele fac obiectul unor standarde de stat şi norme interne ale întreprinderilor producătoare.

Astăzi se ştie însă că aceste limite spun prea puţin despre precizia de prelucrare deoarece, în procesul de aşchiere, adică în stare dinamică, mişcarea relativă dintre piesă

şi sculă este perturbată de mulţi factori. Ca urmare, este absolut necesar ca maşina-unealtă să fie recepţionată şi în stare dinamică. 2. Deformaţiile statice

Sub acţiunea componentelor Py şi Pz ale forţei de aşchiere Pa apar deplasări corespunzătoare Δy şi Δz ale piesei (fig. 1). În timp ce deformaţia Δy intră direct în precizia dimensională, deformaţia Δz se transmite numai în mică măsură şi depinde de diametrul d. Datorită acesteia apare o eroare de diametru care, pentru valori mici ale deplasării Δz şi pentru diametre mari ale piesei de prelucrat, este neglijabil de mică.

De remarcat faptul că şi deformaţia cuţitului sau aşezarea lui sub sau deasupra liniei centrelor provoacă tot o eroare de diametru de acelaşi ordin de mărime. Acelaşi efect apare dacă traiectoria vârfului cuţitului nu este paralelă cu axa vârfurilor. 3. Deformaţiile termice

Căldura provenită de la diferite surse provoacă deformaţii ale elementelor constructive ale maşinii-unelte şi prin aceasta se modifică drumul relativ dintre piesă şi sculă şi deci precizia de prelucrare.

Printre sursele de căldură pot fi menţionate următoarele: o sursele de căldură proprii, ca rezultat al transformării în căldură a unei părţi din

lucrul mecanic de frecare a elementelor în mişcare; o căldura dezvoltată în procesul de aşchiere, care se transmite parţial prin piesă la

dispozitivul de prindere a piesei şi apoi la maşina-unealtă prin arborele principal, parţial prin cuţit la suport şi mai departe la batiu;

o căldura mediului ambiant;

5

Fig. 1 Abaterea diametrului unui arbore cauzată de deformaţia produsă de forţa de aşchiere.

Page 6: Precizia MU

o căldura de la personalul de servire; o căldura provocată de fenomenele de îmbătrânire şi de oboseală ale materialelor

din care sunt executate piesele maşinii. Corespunzător nivelului fiecărei surse şi schimbului de căldură dintre diferite

elemente constructive, iau naştere diferite deformaţii în diferite locuri ale maşinii, deformaţii care variază cu timpul. Cercetările au arătat că la maşinile cu mişcare principală de rotaţie sursele principale de căldură se află în ansamblul arborelui principal, mai precis în lagăre. De exemplu, circa 60'% din căldura care ia naştere în lagărele unui strung se propagă în cutia de viteze, iar 40% în arborele principal (fig. 2). Această căldură

provoacă deformaţii radiale şi axiale ale arborelui principal, adică variaţii ale distanţei dintre piesă şi sculă şi deci variaţii ale preciziei de prelucrare. O influenţă asemănătoare o are şi jocul în lagăr. Temperatura lagărului depinde şi de construcţia acestuia.

În afara deformaţiilor radiale apar şi deformaţii axiale. Inconstanţa acestora în timp provoacă nu numai inconstanţa preciziei dimensionale axiale, dar şi erori de formă, precum şi o rugozitate variabilă a suprafeţelor prelucrate. 4. Vibraţiile maşinilor-unelte

Prin vibraţie sau oscilaţie se înţelege un anumit mod de variaţie a unei mărimi fizice oarecare cu timpul. Se vorbeşte, spre exemplu, de oscilaţii ale tensiunii sau ale curentului electric, de oscilaţii de presiune în fluide, de oscilaţiile unui diapazon sau ale unui pendul etc.

Din punct de vedere cinematic, o vibraţie sau o oscilaţie este o mişcare repetată pe o traiectorie bine determinată.

Mişcarea vibratorie este periodică dacă toate elementele ei se repetă cu aceleaşi detalii şi în aceeaşi ordine după un interval de timp minim T numit perioadă a vibraţiei.

Din punctul de vedere aş acţiunii externe asupra unui sistem vibrator, vibraţiile se pot clasifica în: vibraţii libere, vibraţii forţate şi autovibraţii.

1. Vibraţiile libere apar atunci când sistemul este scos din poziţia de echilibru, de exemplu scoaterea pendulului din poziţia de echilibru, întinderea arcului, atingerea cu mâna sau lovirea cu ciocanul a piesei, a arborelui principal sau a oricărui alt organ al maşinii. Dacă acţiunea exterioară dispare, sistemul vibrează liber, în frecvenţa proprie.

6

Fig. 2 Lagărul arborelui principal - principala sursă de căldură.

Page 7: Precizia MU

2. Vibraţiile forţate iau naştere prin acţiunea continuă a unei forţe care variază periodic, independentă de sistemul vibrator. Fenomenul de rezonanţă apare atunci cînd frecvenţa de excitaţie (de exemplu frecvenţa de rotaţie a arborelui principal al maşinii) este egala cu frecvenţa proprie a sistemului în rotaţie:

3. Autovibraţii. O vibraţie proprie de un fel special care îşi autocomandă ciclul şi care îşi ia energia necesară pentru compensarea pierderilor prin amortizare de la o sursă constantă se numeşte autovibraţie. Autovibraţia apare cînd unui sistem vibrator i se dă energia prin forţe de frecare (mecanice, aerodinarnice, hidrostatice), de exemplu în procesul de aşchiere, în lagăre etc. Fiind vorba de o vibraţie proprie, frecvenţa ei nu depinde de frecvenţa forţei excitatoare, ci de o forţă variabilă în timp. Amplitudinea autovibraţiei creşte cu creşterea forţei de frecare pînă la un moment dat, cînd valoarea ei creşte brusc de câteva ori. Pînă la atingerea acestei valori procesul de aşchiere este stabil, după care el devine instabil. Întreaga maşină vibrează puternic şi produce un zgomot caracteristic. La instabilitate rugozitatea, erorile de formă, de poziţie şi de dimensiune cresc considerabil şi de cele mai multe ori, scula se distruge. Autovibraţia care apare în procesul de aşchiere are ca efect o deplasare a axei de rotaţie a piesei după o traiectorie translatorică de cele mai multe ori eliptică, şi o traiectorie eliptică a vârfului cuţitului.

5. Influenţa forţei centrifuge asupra preciziei de prelucrare Neomogenitatea materialului, greşelile de turnare, irnprecizia prelucrării,

imprecizie fixării piesei, forma constructivă excentrică a piesei sau a altor elemente ce constituie sistemul rotitor "piesă-dispozitiv de prindere a piesei - arbore principal -rulmenţi etc." au ca efect necoincidenta axei de rotaţie cu axa centrelor de greutate.

Datorită forţei centrifuge provocată de dezechilibrarea sistemelor în rotaţie, axa de rotaţie a arborelui în mişcare nu rămâne fixă.

ÎNCERCAREA MAŞINILOR-UNELTE

Precizia unei piese se stabileşte încă din etapa de proiectate, fiind definită ca precizie funcţională, sau în etapa de execuţie - precizie tehnologică. Precizia tehnologică este determinată de particularităţile specifice ale proceselor de aşchiere, de generare a suprafeţelor şi de exploatare ale sistemului tehnologic maşină-unealtă-sculă-dispozitiv-piesă (MUSDP).

Precizia tehnologică trebuie să fie superioară preciziei funcţionale pentru ca suprafeţele generate pe piesă să-şi îndeplinească rolul funcţional. În cazul cel mai general se consideră că precizia tehnologică este o funcţie compusă de variabile

7

Page 8: Precizia MU

independente, denumite abateri, fiecare abatere rezultând din interacţiunea unor factori, denumiţi convenţional erori de prelucrare. Se consideră eroarea totală de prelucrare a piesei ca sumă de erori parţiale:

Ep = ESA + ESf + EA + EM-U + Eth + Epc + EM + EMa, (1)

şi anume: ESA reprezintă erorile sculei aşchietoare, Esf- erorile semifabricatului, EA - erorile poziţiei relative iniţiale dintre sculă şi semifabricat, EM-U - erorile maşinii-unelte, Eth - erori tehnologice, Epc -erorile de programare şi comandă, EM - erori datorate sistemului de măsurare, EMa - erori cauzate de mediul ambiant. Bilanţul de erori exprimat de relaţia (1) este teoretic, întrucât este foarte dificil de determinat ponderea fiecărui termen şi interacţiunea acestora.

Între factorii enumeraţi, maşina-unealtă se regăseşte în precizia de prelucrare a piesei prin precizia tehnologică. Aceasta reprezintă o caracteristică complexă, generală, dependentă de mai mulţi factori, care permite să se aprecieze condiţiile generării suprafeţelor reale, calitatea maşinii-unelte de a genera suprafeţe în limitele impuse de condiţiile tehnice de generare şi de cele tehnico-economice.

Precizia tehnologică a maşinii-unelte este "exactitatea cu care pe o maşina-unealtă sunt generate diferite suprafeţe, furnizată de particularităţile constructive şi starea de calitate a elementelor de structură, precum şi de influenţa unor factori

8

Fig. 3. Bilanţul erorilor unei maşini-unelte.

Page 9: Precizia MU

exteriori". Precizia tehnologică include cinci componente definite de comportarea maşinii-unelte din punct de vedere geometric, static, cinematic, termic şi dinamic.

În general, precizia maşinii-unelte este un concept complex, care înglobează toţi parametrii ce influenţează piesa prelucrată şi are în vedere un întreg ansamblu de parametri legaţi de geometrie, cinematică, funcţionalitate, toate fiind afectate de procesul de prelucrare.

Mai mult, precizia de lucru, productivitatea şi comportamentul maşinilor-unelte în raport cu mediul ambiant vor fi influenţate de o complexitate de factori (fig. 3).

Abaterile de la dimensiune şi formă ale pieselor prelucrate prin aşchiere constituie variaţii ce pot fi atribuite structurii maşinii-unelte şi pot fi clasificate în:

• erori cvasistatice care sunt "erori ale poziţiilor relative dintre sculă şi piesă, ce variază lent în timp şi sunt legate de însăşi structura maşinii-unelte", cauzate de erorile geometrice ale structurii maşinii-unelte, efectele termice ale maşinii-unelte şi încărcările statice;

• erori dinamice, cauzate de erorile arborelui principal, vibraţiile structurii maşinii-unelte, şi erorilor datorate forţelor de inerţie; erorile dinamice pot fi controlate în mod obişnuit prin amortizare corespunzătoare, structuri rigide, şi ajustarea parametrilor de aşchiere.Evaluarea preciziei tehnologice a unei maşini-unelte se realizează în etapa recepţiei acesteia la producător prin măsurări directe şi indirecte pe baza unor norme şi standarde (STAS, ISO, DIN, VDI) având la bază normele Schlesinger.

Recomandările şi prescripţiile acestora sunt numeroase având în vedere multitudinea formelor constructive ale maşinilor-unelte, varietatea tipodimensională a acestora şi domeniul preciziei de prelucrare.

PRECIZIA MAŞINILOR-UNELTE

Conceptul de precizie geometrică trebuie să fie privit prin prisma maşinii-unelte în plin lucru, deşi, aparent, aceasta s-ar putea reflecta doar în precizia piesei. Erorile individuale, ce variază în anumite limite în timpul ciclului de prelucrare a piesei, sunt influenţate de efectele funcţionale şi de procesul de aşchiere şi, deci, şi acestea trebuie menţinute în limite admisibile. Simpla analiză a preciziei piesei prelucrate nu va oferi informaţii corelate pentru caracterizarea erorilor individuale şi a parametrilor ce le influenţează.

Plecând de la noua viziune privind concepţia preciziei geometrice, putem introduce o definiţie a acesteia ce ţine cont de noile abordări ale acestui concept:

Precizia geometrică a unei maşini-unelte este componenta preciziei acesteia influenţată de poziţiile relative ale elementelor sale de structură, sistemul arborelui principal, ghidajele şi sistemele de deplasare în lungul axelor.

9

Page 10: Precizia MU

Această categorie de precizie a maşinii-unelte este dată de calitatea cu care sunt realizate traiectoriile plane (rectilinie sau circulară) ale mişcărilor organelor mobile, materializate prin cuplele cinematice inferioare sanie-ghidaj, respectiv fus-lagăr.

Altfel spus, precizia geometrică a unei maşini-unelte depinde de:• Precizia suprafeţelor de referinţă ale maşinii-unelte care se referă la precizia acelor suprafeţe ce sunt în legătură cu suprafeţele de referinţă ale pieselor sau sculelor, sau ale dispozitivelor de prindere ale acestora.• Precizia de rotaţie a arborelui principal care include forma geometrică a traiectoriei mişcării relative dintre sculă şi piesă, obţinută din puncte localizate pe piesă, şi o serie de legături geometrice, cum ar fi paralelismul, perpendicularitatea şi concentricitatea traiectoriei în raport cu suprafeţele de referinţă ale maşinii-unelte. Această componentă a preciziei geometrice este asociată cuplei cinematice fus-lagăr materializată de ansamblul arborelui principal.• Precizia de mişcare în lungul axelor care este asociată cuplei cinematice sanie-ghidaj materializată de ansamblul organelor mobile (mese, sănii etc.) şi se referă tot la forma traiectoriei mişcării relative sculă piesă, într-un mod analog cu precizia de rotaţie. Totuşi, aceste două componente diferă substanţial.• Precizia de poziţionare, ca precizie de ghidare sau poziţionare pe direcţia axelor, care se referă la lungimea deplasărilor. Este legată de sistemul de referinţă al maşinii-unelte. De asemenea este definită relativ între sculă şi piesă, pe anumite porţiuni individuale ale zonei de lucru.

În fig. 3 se prezintă factorii care influenţează precizia geometrică a piesei prelucrate şi relaţiile de legătură dintre aceştia. Precizia piesei este afectată de temperatura mediului ambiant (atât ca nivel, cât şi ca variaţie), de procesul de aşchiere, sculă, deformaţiile datorate forţelor de prindere şi deformaţiile datorate forţelor de aşchiere. Rigiditatea piesei, mărimea forţelor de aşchiere şi variaţia acestora în timp au efect indirect asupra preciziei piesei, la care se adaugă efectele datorate maşinii-unelte. Precizia geometrică se evaluează prin verificarea poziţiilor relative ale elementelor de structură ale maşinii-unelte în stare de funcţionare fără sarcină. Aceasta caracterizează calitatea cu care se realizează traiectoriile generatoare plane (rectilinii sau circulare) ale mişcărilor de generare simple, materializate prin cuple cinematice inferioare: sanie-ghidaj şi fus-lagăr.

Conform unor norme de recepţie, precizia geometrică a maşinii-unelte se apreciază prin indicii de precizie şi anume: rectilinitate, planeitate, paralelism, coaxialitate, perpendicularitate etc. ale unor suprafeţe de referinţă (mese, ghidaje, alezaje, suprafeţe cilindrice exterioare). Prin aceste verificări se stabileşte precizia parametrilor geometrici pentru traiectoriile generatoare. Pentru cupla cinematică sanie-ghidaj (fig. 4) abaterile geometrice ale traiectoriei generatoare (deplasare în lungul axei X), în orice poziţie, au componentele: abaterea de poziţie δx (x) - măsurată pe direcţia axei X , abaterile de la rectilinitate - δy(y), δz(z) - măsurate pe direcţii perpendiculare

10

Page 11: Precizia MU

axei X şi abaterile unghiulare δφx, δφy, δφz - în jurul axelor sistemului de referinţă. Cuplei cinematice fus-lagăr (fig. 5) îi corespund abaterea de poziţionare circulară δφz(δφz), abaterile unghiulare circulară δφy(δφz) şi δφx(δφz), în jurul axelor y, respectiv x; abaterea axială δz(φz), şi abaterile radiale δy(φz), δx(φz). Indicii abaterilor ce caracterizează precizia geometrică sunt grupaţi astfel:

a. Pentru traiectorii rectilinii ale mişcărilor de generare• Rectilinitatea. Se consideră că o curbă este dreaptă, pe o lungime dată, dacă variaţia distanţelor de la punctele liniei până la două plane perpendiculare, paralele cu direcţia generală a curbei, se menţine sub o valoare dată, pentru fiecare plan în parte.• Planeitatea. O suprafaţă se consideră plană pe o porţiune dată, dacă variaţia distanţelor de la punctele acesteia până la un plan de referinţă se menţine sub o valoare dată.• Paralelismul. Se consideră că o linie este paralelă cu un plan dat dacă abaterea maximă a distanţei de la diferitele puncte ale liniei la plan nu depăşeşte o valoare dată pe o anumită lungime de măsurare. Două plane se consideră că sunt paralele între ele dacă abaterea maximă a distanţelor dintre plane, măsurată în diferite puncte şi pe cel puţin două direcţii, nu depăşeşte o valoare dată, pe o anumită distanţă.• Echidistanţa. Se consideră că axele sunt echidistante faţă de un plan de referinţă dacă planul care trece prin axe este paralel cu planul de referinţă.• Coaxialitatea a două axe este realizată dacă distanţa dintre ele, măsurată în mai multe puncte, pe o anumită lungime, se menţine sub o anumită valoare dată.b. Pentru traiectorii circulare ale mişcărilor de generare:

11

Fig. 4. Trei abateri de translaţie şi trei abateri de rotaţie la un element mobil

cu mişcare liniară

Fig. 5. Abateri de poziţie ale unui element mobil cu mişcare de rotaţie

Page 12: Precizia MU

• Bătaia radială reprezintă diferenţa dintre distanţa maximă şi cea minimă de la suprafaţa exterioară a piesei aflată în mişcare de rotaţie la axa ei de rotaţie. În cadrul acesteia se deosebesc:

o abaterea de la forma circulară a unei piese într-un plan perpendicular pe axa de rotaţie;

o excentricitatea, considerată ca fiind distanţa dintre proiecţiile axelor geometrice şi de rotaţie ale piesei pe un plan perpendicular pe axa de rotaţie (fig. 6).

• Bătaia axială este amplitudinea mişcării alternative în direcţia axială a unui organ de maşină rotativ în timpul rotirii sale, după eliminarea jocurilor axiale.• Bătaia frontală reprezintă diferenţa maximă a distanţelor de la punctele suprafeţei frontale a unei piese de rotaţie pănă la suprafaţa de referinţă perpendiculară pe axa de rotaţie (fig. 7). Această diferenţă, notată Ts, pentru un cerc considerat pe suprafaţa frontală, se măsoară pe diametrul d:

Ts = a 1 – a 2 . ( 2 )

Evaluarea preciziei geometrice prin măsurători sau prin modele geometrice de studiu are o importanţă deosebită, în aceeaşi măsură pentru proiectare, execuţie şi pentru exploatarea maşinii-unelte.

12

Fig. 6. Bătaia radialăFig. 7. Bătaia frontală

Page 13: Precizia MU

PRECIZIA GEOMETRICĂ A MAŞINILOR DE DANTURAT

Maşina de danturat OFA 16 A , reprezentată prin schema bloc în fig. 8, este realizată în varianta cu montant principal MT deplasabil pe ghidajele orizontale ale batiului B. Montantul este prevăzut cu ghidaje verticale, care susţin sania verticală SV. Pe sania verticală se află sania tangenţială ST (portsculă). Masa rotativă portpiesă MR este lăgăruită în carcasa Cf fixată de batiu. Pe carcasă este fixat montantul secundar MTS pe ghidajele căruia se deplasează păpuşa mobilă PM prevăzută cu vârf de susţinere a dornului portpiesă.

Maşina este prevăzută cu sistem electrohidraulic de comandă şi acţionare.Principalele caracteristici tehnice ale maşinii:- diametrul roţii piesă, max...........................................................160mm- modulul danturii de prelucrat, max.................................................4mm- diametrul/lungimea frezei melc, max....................................115/140mm- alezajul conic al arborelui principal................................................CM4

13

Fig. 8 Schema bloc a maşinii OFA 15 A

Page 14: Precizia MU

- numărul de dinţi ai roţii-piesă min/max..........................................6/160- lungimea cursei saniei verticale, max..........................................160mm- lungimea cursei saniei tangenţiale, max.......................................120mm- distanţa intre suprafaţa mesei rotative şi axa arborelui principal, min/max................................................................................170/330mm- lungimea cursei montantului, max...............................................180mm- domeniul turaţiilor arborelui principal.............................112-450rot/min (reglarea în trepte, φ= 1 , 1 2 )- d o m e n i u l v i t e z e l o r d e a v a n s ( r e g l a r e c o n t i n u ă )- v e r t i c a l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 - 1 2 0 m m / m i n- t a n g e n ţ i a l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0 , 5 - 3 0 m m / m i n- diametrul masei rotative.............................................................150mm

Generarea flancurilor roţilor cilindrice cu dinţi drepţi sau înclinaţi presupune existenţa a trei, respectiv patru mişcări de generare, unele corelate, impuse de cinematica generării profilului şi liniei flancurilor. Mişcările respective sunt realizate pe traiectorii circulare (arborele principal, masa rotativă) şi rectilinii (sania verticală, sania tangenţială), a căror precizie determină precizia flancurilor generate. Pentru efectuarea verificărilor specifice este necesar ca maşina-unealtă să fie amplasată pe fundaţie în poziţie orizontală. Orizontalitatea se verifică cu ajutorul nivelelor cu bulă de aer, cu lungimea de 200... 300 mm. Metodele de verificare a preciziei geometrice şi de determinare a abaterilor, schema şi mijloacele de verificare precum şi toleranţele admise, în microni, pentru precizie normală, sunt prezentate în tabelul 1. Verificările sunt stabilite conform STAS 8010-85 şi au ca obiect următoarele abateri:

Al. Planeitatea suprafeţei de lucru a mesei rotative portpiesă . Verificarea se face în cel puţin două direcţii perpendiculare, folosind ca mijloace de măsurare cale de sprijin riglă de verificare. Toleranţa admisă este 6 + 0,6 √ D 1 - D 2

unde D1 este diametrul exterior al mesei, în mm, iar D2 - diametrul alezajului mesei la nivelul suprafeţei de lucru, în mm.

A2. Bătaia radială a mesei rotative. Pentru această verificare se aşează radial la 90° două ceasuri comparatoare, în planele a - b şi c – d, care conţin axele de simetrie ale mesei, astfel încât palpatoarele lor plane să se sprijine pe o bilă susţinută de un suport. Acestea se centrează până ce indicaţiile ambelor comparatoare (în valoare absolută) devin minime. Măsurarea bătăii radiale se efectuează pentru ambele sensuri de rotaţie ale mesei, înregistrându-se cea mai mare indicaţie a fiecăruia dintre comparatoare pentru oricare sens de rotaţie. Toleranţa admisă se determină cu relaţia 3 + 0,l√ d , unde d este diametrul maxim al roţii piesă de prelucrat, în mm. Rotirea mesei se realizează manual. Roţile de schimb ale lanţului cinematic de rulare nu sunt montate.

14

Page 15: Precizia MU

A3. Bătaia axială a supradeţei de lucru a mesei rotative. Verificarea se face cu ajutorul unui ceas comparator al cărui palpator este pus în contact cu o bilă fixată într-un suport a cărui axă coincide cu axa de rotaţie a mesei. Bătaia axială se măsoară pentru ambele sensuri de rotaţie A mesei, valoarea acesteia fiind indicaţia maximă a comparatorului. Toleranţa admisă a bătăii axiale se determină cu relaţia: 4 + 0,06√ d, unde d reprezintă diametrul maxim al roţii de prelucrat, în mm.

A4. Bătaia frontală a suprafeţei de lucru a mesei. În acest scop pe batiul maşinii se aşează un suport cu comparator, astfel încât palpatorulsău bombat să atingă perpendicular suprafaţa mesei (fig. 9). Măsurătorile se fac pentru ambele sensuri de rotaţie a mesei, în patru puncte (a, b, c, d) situate la 90° pe circumferinţa mesei cu diametrul exterior D1, în mm. Indicaţia maximă a comparatorului reprezintă valoarea bătăii frontale, toleranţa admisă a acesteia fiind 6 + 0,25√ d1 .

A5. Paralelismul dintre ghidajele păpuşii mobile şi axa de rotaţie a mesei. Pe păpuşa mobilă se fixează prin intermediul unui suport un comparator al cărui palpator se pune în contact cu un dorn montat în alezajul mesei. Dornul se fixează în poziţia corespunzătoare unei valori medii a bătăii radiale. Măsurarea se face în planele a-b şi c-d perpendiculare, de-a lungul cursei l a păpuşii mobile.

Toleranţa admisă în planul a-b este 10 + √ l , iar în planul c-d; 6 + 0,6 √ l , l fiind cursa maximă a păpuşii mobile, în mm.

A6. Coaxialitatea axei alezajului păpuşii mobile cu axa de rotaţie a mesei. Comparatorul se fixează în apropierea capătului dornului, astfel încât palpatorul acestuia să se sprijine pe dorn în două plane a - b şi c - d perpendiculare (fig. 10). După ce se identifică poziţia medie a bătăii radiale a dornului, se fac măsurători cu şi fără aplicarea vârfului păpuşii mobile pe dorn. Diferenţa între cele două poziţii de măsurare constituie abaterea a cărei valoare admisă este 6 + 0,4 √ l1,l1 fiind distanţa de la planul de măsurare la suprafaţa de lucru a mesei. În planul a-b se admite înclinaţia capătului dornului portpiesă numai spre sania portsculă.

A7. Paralelismul dintre diecţia de deplasare a saniei verticale şi axa de rotaţie a mesei. După fixarea dornului de verificare în alezajul mesei şi a comparatorului pe sania verticală, se fixează dornul în poziţia medie a bătăii radiale (fig. 11). Măsurătorile se fac în planele a-b şi c-d pentru ambele sensuri de deplasare a saniei, pe toată lungimea l2 (cursa maximă a saniei verticale, în mm). În planul a-b toleranţa admisă este 3 +√ l2, admiţându-se abateri numai spre sanie, iar în planul c-d este: 6 + 0,6√ l2.

A8. Bătaia radială a axei arborelui principal. Dornul de verificare se montează în alezajul arborelui principal. Cu un comparator se fac măsurători pentru ambele sensuri de rotaţie a arborelui principal în poziţia a situată cât mai aproape de capătul arborelui principal şi în poziţia b la distanţa l3 (jumătatea lungimii de fixare a dornului portsculă). Pentru poziţia a toleranţa admisă este 6 µm, iar pentru b este: 4 + 0,6√ l3.

15

Page 16: Precizia MU

A9. Bătaia axială a arborelui principal. Măsurătorile se fac cu ajutorul unui comparator cu palpator plan şi a unui dorn de verificare cu gaură de centrare. Toleranţa admisă este 3 + 0,6√ m , unde m este modulul maxim al danturii de prelucrat, în mm. Măsurătorile se fac după preluarea jocurilor axiale din lagărele arborelui principal.

A10. Coaxialitatca axei contralagărului cu axa arborelui principal. Se fixează comparatorul la distanţa U de suprafaţa frontală a arborelui principal, şi apoi se aduce dornul de verificare în poziţia medie a bătăii radiale. Suportul saniei tangenţiale este rotit astfel încât sania să fie adusă în poziţie orizontală, iar contralagărul dornului portsculă este blocat pe ghidajele sale. Abaterea rezultă ca diferenţă a indicaţiilor comparatorului la măsurarea cu şi fără bucşă de verificare introdusă în alezajul contralagărului. Aceasta se compară cu abaterea admisă determinată cu relaţia 4 + 0,6√ l4.A11. Paralelismul dintre direcţia de deplasare a saniei tangenţiale şi axa de rotaţie a arborelui principal. Dornul de verificare introdus în alezajul arborelui principal se aduce în poziţia medie a bătăii radiale. Abaterea admisibilă (4 + 0,6√ l5) se compară cu abaterea măsurată în planele a-b şi c-d pe lungimea l5 (cursa maximă a saniei tangenţiale), în ambele sensuri de deplasare a saniei.

16

Page 17: Precizia MU

Tabelul 1

17

Page 18: Precizia MU

18

Fig. 9. Măsurarea bătăii frontale a

suprafeţei de lucru a mesei

(verificarea A4).

Fig. 10. Măsurarea coaxialităţii axei alezajului păpuşii mobile cu axa de

rotaţie a mesei (măsurarea A6).

Fig. 11. Paralelismul dintre direcţia de deplasare a saniei verticale şi axa de

rotaţie a mesei (verificarea A7).

Page 19: Precizia MU

BIBLIOGRAFIE

1. Huzum, N.; Rantz, G. – Maşini, utilaje şi instalaţii din industria construcţiilor de maşini, Bucureşti, Ed. Didactică şi Pedagogică, 1978;

2. Dodoc, P. ş.a. – Utilaje şi aparatură de mecanică fină şi optică, Bucureşti, Ed. Didactică şi Pedagogică, 1975.

3. Gheghea, I. ş.a. – Maşini-unelte şi agregate, Bucureşti, Ed. Didactică şi Pedagogică, 1983;

4. Ghionea, A. ş.a. – Maşini-unelte, lucrări practice, Bucureşti, Ed. Agir, 2006;5. Botez, E. ş.a. – Maşini-unelte. Organologia şi precizia maşinilor-unelte,

Bucureşti, Ed. Tehnică, 1978.

19

Page 20: Precizia MU

ANEXE

Variaţia temperaturii arborelui principal şi uleiului din cutia de viteze, în funcţie de lungimea arborelui şi de

timpul de funcţionare a maşinii.

20

Page 21: Precizia MU

Secţiune axială prin subansamblul arbore principal al unui strung.

Temperatura arborelui principal in dependenţă de lungimea acestuia

21


Top Related