ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ

Transcript

1 Τ.Ε.Ι. Θεσσαλίας Σχολή Τεχνολογικών Εφαρμογών (Σ.Τ.ΕΦ.) Τμήμα Μηχανολογίας ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ Κώστας Κιτσάκης Μηχανολόγος Μηχανικός ΤΕ MSc Διασφάλιση ποιότητας Επιστημονικός Συνεργάτης

2 Λειτουργικές Μονάδες Κατάταξη Μηχανών Λειτουργικές Μονάδες Μηχανών και Συσκευών Εσωτερική Δομή Μηχανών Μηχανοτεχνικές Βασικές Λειτουργίες Λειτουργικές Μονάδες Εργαλειομηχανής CNC Λειτουργικές Μονάδες Αυτοκινήτου 2

3 Κατάταξη Μηχανών Οι μηχανές ως τεχνικά συστήματα: Προσάγεται ενέργεια, ύλη ή πληροφορίες Όσο βρίσκονται σε αυτή υπόκεινται σε μία μεταβολή Στη συνέχεια εγκαταλείπουν και πάλι τη μηχανή 3

4 Κατάταξη Μηχανών Υποδιαίρεση των μηχανών σύμφωνα με την κύρια λειτουργία τους: σε: 1. Δυναμομηχανές: μετατρέπουν την ενέργεια 2. Εργομηχανές: μετατρέπουν την ύλη 3. Εγκαταστάσεις πληροφορικής: μετατρέπουν τις πληροφορίες 4

5 Δυναμομηχανές 5

6 Εργομηχανές 6

7 Εγκαταστάσεις πληροφορικής 7

8 Λειτουργικές Μονάδες Μηχανών και Συσκευών Οι μηχανές και οι συσκευές μπορούν να υποδιαιρεθούν σε δομικές ομάδες / μονάδες Δράπανο στήλης: 1. ηλεκτροκινητήρας 2. ιμαντοκίνηση 3. άτρακτος διάτρησης 4. τραπέζι μηχανής 5. βάση μηχανής 6. σύστημα ελέγχου 8

9 Λειτουργικές Μονάδες Μηχανών και Συσκευών Οι μηχανές και οι συσκευές μπορούν να υποδιαιρεθούν σε λειτουργικές μονάδες Δράπανο στήλης: 1. για την κίνηση 2. για τη μεταφορά της ροπής 3. για τη διάτρηση 4. για τη στήριξη 5. για τον έλεγχο 9

10 Λειτουργικές Μονάδες Μηχανών και Συσκευών Μπορούν να πραγματοποιηθούν όμοιες λειτουργίες από διαφορετικές δομικές μονάδες Η μεταφορά της ροπής στρέψης από τον ηλεκτροκινητήρα προς την άτρακτο διάτρησης μπορεί να γίνει με έναν από τους ακόλουθους τρόπους: 1. με ένα σύστημα οδοντοτροχών 2. με ιμαντοκίνηση 3. με ζεύγος τροχών τριβής 10

11 Λειτουργικές Μονάδες Μηχανών και Συσκευών Με την υποδιαίρεση μιας μηχανής σε λειτουργικές μονάδες μπορεί να κατανοηθεί καλύτερα ο τρόπος λειτουργίας της ίδιας της μηχανής, ανεξάρτητα από τον τρόπο κατασκευής των λειτουργικών μονάδων. Αν καταλάβει κανείς την αποστολή των επιμέρους λειτουργικών μονάδων και την αλληλοεπίδρασή τους, τότε μπορεί να κατανοήσει και τον τρόπο λειτουργίας της μηχανής ή της συσκευής. 11

12 Εσωτερική Δομή Μηχανών Μία μηχανή είναι ένα τεχνικό συνολικό σύστημα. Απαρτίζεται από μία σειρά επιμέρους συστημάτων, τις δομικές μονάδες. Αυτές εκτελούν ορισμένες επιμέρους λειτουργίες. Το συνολικό σύστημα "μηχανή" έχει μια συνολική ή κύρια λειτουργία. Π.χ. σε ένα δράπανο είναι η διάνοιξη οπών σε τεμάχια. Η συνολική λειτουργία μιας μηχανής πραγματοποιείται με περισσότερες λειτουργικές μονάδες. 12

13 Εσωτερική Δομή Μηχανών 13

14 Εσωτερική Δομή Μηχανών Οι επιμέρους λειτουργίες ενός δραπάνου είναι π.χ.: 1. Η κίνηση της ατράκτου διάτρησης από τον ηλεκτροκινητήρα 2. Η μεταφορά της ροπής στρέψης από τον άξονα του κινητήρα προς την άτρακτο διάτρησης 3. Η διάνοιξη των οπών με το τρυπάνι 4. Η σταθεροποίηση και υποστήριξη του αντικειμένου στο τραπέζι της μηχανής 5. Ο έλεγχος του βάθους κοπής του τρυπανιού 6. Η κάλυψη της ιμαντοκίνησης για προστασία από πιθανούς τραυματισμούς 14

15 Εσωτερική Δομή Μηχανών Οι επιμέρους λειτουργίες ενός τόρνου είναι π.χ.: 1. Η κίνηση της κύριας ατράκτου του τόρνου 2. Η μεταφορά της ροπής στρέψης από τον κινητήρα στην κύρια άτρακτο 3. Η κατεργασία του αντικειμένου 4. Ο έλεγχος των κινήσεων της πρόωσης και του βάθους κοπής 5. Η υποστήριξη και η οδήγηση του εργαλειοφορείου 6. Η κάλυψη της μηχανής για προστασία των εργαζομένων 15

16 Εσωτερική Δομή Μηχανών Οι δομικές ομάδες όλων των μηχανών και συσκευών μπορούν να υποδιαιρεθούν σε λίγες λειτουργικές μονάδες: 1. μονάδες κίνησης 2. μονάδες μεταφοράς 3. μονάδες εργασίας 4. μονάδες στήριξης 5. μονάδες σύνδεσης 6. μονάδες μέτρησης, ελέγχου και αυτοματισμού 7. μονάδες προστασίας περιβάλλοντος και ασφάλειας εργασίας 16

17 Μηχανοτεχνικές Βασικές Λειτουργίες Αν υποδιαιρέσει κανείς περισσότερο τις επιμέρους λειτουργικές μονάδες μιας μηχανής, τότε θα αναγνωρίσει, ότι αυτές εκπληρώνουν πλήρως την αποστολή τους με τη συνεργασία των καλουμένων μηχανοτεχνικών βασικών λειτουργιών. Οι μηχανοτεχνικές βασικές λειτουργίες εκτελούνται από στοιχεία μηχανών. 17

18 Μηχανοτεχνικές Βασικές Λειτουργίες 18

19 Μηχανοτεχνικές Βασικές Λειτουργίες Π.χ. η μονάδα κίνησης (ηλεκτροκινητήρας) μιας μηχανής τόρνου απαρτίζεται από πολλά δομικά στοιχεία με μηχανοτεχνικές βασικές λειτουργίες. 1. Το καλώδιο χρησιμεύει για τη μεταφορά του ηλεκτρικού ρεύματος προς τον ηλεκτροκινητήρα 2. Η περιέλιξη του κινητήρα μετατρέπει το ηλεκτρικό ρεύμα σε μηχανική περιστροφική ενέργεια 3. Ο άξονας του κινητήρα μεταφέρει τη ροπή στρέψης, που δημιουργείται στο εσωτερικό του κινητήρα, προς το κιβώτιο ταχυτήτων 4. Τα ρουλεμάν στηρίζουν και δέχονται τα φορτία του άξονα του κινητήρα 19

20 Λειτουργικές Μονάδες Εργαλειομηχανής CNC 20

21 Λειτουργικές Μονάδες Εργαλειομηχανής CNC Μονάδες συστήματος κίνησης 1. Οι μονάδες αυτές παρέχουν τη μηχανική ενέργεια, η οποία είναι απαραίτητη για τη λειτουργία της μηχανής. 2. Στις εργαλειομηχανές αυτές οι μονάδες είναι ηλεκτροκινητήρες, τόσο για την κύρια κίνηση όσο και για τις προώσεις, καθώς και για το υδραυλικό σύστημα και τον προωθητήρα αποβλήτων. 3. Μια πλήρης μονάδα κίνησης αποτελείται από τον ηλεκτροκινητήρα και μία μονάδα ρύθμισης, η οποία βρίσκεται στο κιβώτιο διακοπτών. Εξασφαλίζει την παροχή ρεύματος και επιτρέπει την αδιαβάθμητη ρύθμιση των στροφών (συνεχής μεταβολή). 21

22 Λειτουργικές Μονάδες Εργαλειομηχανής CNC Πλήρης μονάδα κίνησης εργαλειομηχανής CNC 1. ηλεκτροκινητήρας 2. μονάδα ρύθμισης 22

23 Λειτουργικές Μονάδες Εργαλειομηχανής CNC Μονάδες μεταφοράς ενέργειας 1. Η ενέργεια κίνησης, η οποία παρέχεται από τη μονάδα κίνησης πρέπει να φθάσει στη μονάδα εργασίας και πρέπει να μετασχηματιστεί έτσι ώστε να ικανοποιεί τις απαιτήσεις (στροφές) της μονάδας εργασίας. 2. Δομικά στοιχεία για τη μεταφορά ενέργειας είναι: ιμάντες, άτρακτοι, άξονες, συμπλέκτες, οδοντοτροχοί, γραναζοκιβώτια. 3. Στον τόρνο CNC π.χ. η μεταφορά της ενέργειας από τον κύριο άξονα κίνησης στο αντικείμενο γίνεται μέσω ενός ιμάντα, του συμπλέκτη, της κύριας ατράκτου και του τσοκ. 23

24 Λειτουργικές Μονάδες Εργαλειομηχανής CNC Μονάδες μεταφοράς ενέργειας Παράδειγμα δομικών στοιχείων μεταφοράς ενέργειας: 1. οδοντωτός ιμάντας 2. ένσφαιρο σπείρωμα 3. συμπλέκτης ασφαλείας 24

25 Λειτουργικές Μονάδες Εργαλειομηχανής CNC Μονάδες εργασίας Η μονάδα εργασίας είναι το μέρος της μηχανής, το οποίο εκτελεί την κύρια λειτουργία της μηχανής. Π.χ. η κύρια λειτουργία ενός τόρνου είναι η κατεργασία τεμαχίων με αφαίρεση υλικού (τόρνευση). Σε έναν τόρνο CNC, η μονάδα εργασίας απαρτίζεται: 1. από την άτρακτο εργασίας με τη διάταξη σύσφιγξης για το αντικείμενο (τσοκ) 2. από τον πυργίσκο με τα εργαλεία, τα οποία κατεργάζονται το αντικείμενο 25

26 Λειτουργικές Μονάδες Εργαλειομηχανής CNC Μονάδα εργασίας τόρνου CNC άτρακτος εργασίας με τη διάταξη σύσφιγξης για το αντικείμενο (τσοκ) πυργίσκος με τα εργαλεία, τα οποία κατεργάζονται το αντικείμενο 26

27 Λειτουργικές Μονάδες Εργαλειομηχανής CNC Μονάδα φορέων και στήριξης Η μονάδα βάσης, στήριξης και υποστήριξης των φορέων μιας μηχανής είναι το πλαίσιό της. Επάνω σ' αυτό είναι τοποθετημένες όλες οι λοιπές μονάδες. Τα εξαρτήματα, τα οποία πρέπει να είναι κινητά, όπως π.χ. το εργαλειοφορείο με τον πυργίσκο εργαλείων, κινούνται επάνω στους πρισματοδηγούς. Τα περιστρεφόμενα μέρη εδράζονται σε έδρανα και οι επενεργούσες δυνάμεις μεταφέρονται μέσω αυτών στο κέλυφος και στη συνέχεια στο πλαίσιο. 27

28 Λειτουργικές Μονάδες Εργαλειομηχανής CNC Μονάδα φορέων και στήριξης τόρνου CNC 28

29 Λειτουργικές Μονάδες Εργαλειομηχανής CNC Στοιχεία σύνδεσης Με τα στοιχεία σύνδεσης πραγματοποιείται η σύνδεση μεταξύ των διαφόρων μερών και ομάδων της μηχανής. Στοιχεία σύνδεσης είναι π.χ.: 1. Οι κοχλίες και τα περικόχλια 2. Οι συνδέσεις ατράκτου - πλήμνης 3. Διάφορα άλλα στοιχεία σύνδεσης 4. Οι μανέλες 29

30 Λειτουργικές Μονάδες Εργαλειομηχανής CNC Μονάδες μέτρησης, ελέγχου και αυτομοτισμού Οι μετρητικές διατάξεις μετρούν π.χ. στροφές, διαδρομές, διαστάσεις τεμαχίων ή την απορροφώμενη ισχύ από τους κινητήρες. Οι συνδυασμένες μονάδες μέτρησης και ρύθμισης εξασφαλίζουν την τήρηση ενός επιθυμητού μεγέθους. Π.χ. στις εργαλειομηχανές CNC μετριέται η διαδρομή με πρόωση. Αν υπάρξει απόκλιση από την προεπιλεγείσα διαδρομή, τότε η ρυθμιστική διάταξη διορθώνει τη διαδρομή κατά τέτοιο τρόπο ώστε το σύστημα να επανέλθει στην πρέπουσα τιμή. 30

31 Λειτουργικές Μονάδες Εργαλειομηχανής CNC Μονάδες μέτρησης, ελέγχου και αυτομοτισμού Οι μονάδες ελέγχου χρησιμεύουν για την αυτόματη εξέλιξη της κατεργασίας σε μία μηχανή. Π.χ. σε μία μηχανή CNC το πρόγραμμα εισάγεται μέσω του πίνακα χειρισμού στο σύστημα ελέγχου, όπου και απομνημονεύεται. Η μηχανή τώρα είναι σε θέση να εκτελέσει αυτόματα τις φάσεις κατεργασίας με τη σειρά που της έχουν δοθεί. 31

32 Λειτουργικές Μονάδες Εργαλειομηχανής CNC Μονάδες προστασίας περιβάλλοντος και ασφάλειας εργασίας Για την απομάκρυνση των αποβλήτων σε μία μηχανή CNC χρησιμοποιείται ο προωθητήρας αποβλήτων. Για την προστασία του χειριστή της μηχανής και των λοιπών εργαζομένων, η μηχανή διαθέτει ένα περίβλημα, ώστε το νέφος που δημιουργείται από το ψυκτικό να μπορεί να απορροφηθεί και να γίνει ο διαχωρισμός του. Η ασφάλεια του χειριστή εξασφαλίζεται με ένα παράθυρο ασφαλείας για την παρατήρηση της κατεργασίας. 32

33 Λειτουργικές Μονάδες Εργαλειομηχανής CNC Λειτουργικές μονάδες αυτοματισμού, ελέγχου, προστασίας περιβάλλοντος, απαγωγής αποβλήτων, ασφάλειας εργασίας 33

34 Λειτουργικές Μονάδες Αυτοκινήτου Αυτοκίνητο: μία πολυσύνθετη μηχανή αποτελούμενη από πολλά εξαρτήματα Η λειτουργία του είναι η κίνησή του για τη μεταφορά ανθρώπων 34

35 Λειτουργικές Μονάδες Αυτοκινήτου Κεντρικές λειτουργικές μονάδες ενός επιβατικού αυτοκινήτου: 1. Μονάδες κίνησης συμπεριλαμβανομένων των μονάδων για την εξουδετέρωση αποβλήτων και της προστασίας του περιβάλλοντος 2. μονάδες μετάδοσης κίνησης 3. μονάδα έργου (τροχοί) 4. μονάδες αποθήκευσης Ροή ύλης και της ενέργειας 35

36 Λειτουργικές Μονάδες Αυτοκινήτου 36

37 Λειτουργικές Μονάδες Αυτοκινήτου Οι κεντρικές λειτουργικές μονάδες επιτηρούνται, ρυθμίζονται κατά ένα μέρος και ελέγχονται από: τις μονάδες μέτρησης τις μονάδες ελέγχου τις μονάδες αυτοματισμού Κύρια ροή πληροφοριών 37