PODLOGE ZA VJEŽBE IZ OBRADNIH SISTEMA ZA OBRADU REZANJEM

Transcript

1 UNIVERZITET U BANJOJ LUCI MAŠINSKI FAKULTET Katedra za proizvodne i računarom podržane tehnologije Branislav Sredanović Gordana Globočki Lakić PODLOGE ZA VJEŽBE IZ OBRADNIH SISTEMA ZA OBRADU REZANJEM - Radna verzija skripte za vježbe - Banja Luka, mart godine

2

3 OBRADNI SISTEMI ZA OBRADU REZANJEM. Predgovor Ova skripta je namjenjena studentima III godine Mašinskog fakulteta Univerziteta u Banjoj Luci koji pohađaju vježbe iz predmeta Obradni sistemi za obradu rezanjem. Koncipirana je kao podloga za semestralni zadatak, pri čemu studenti dobijaju polazne podatke i na osnovu njih riješavaju zadatke koncipirane u skripti. Skripta je sačinjena iz sličnih dostupnih literaturnih izvora, knjiga, skripti i diplomskih radova. Koristi se uz prezentacije sa vježbi. Svaka primjedba na sadržaj, koncepciju i izgled ovog materijala je korisna. SKRIPTA JE PREDVIĐENA ZA INTERNU UPOTREBU! B. S. Vjezbe iz Obradnih sistema za rezanje i

4

5 OBRADNI SISTEMI ZA OBRADU REZANJEM. Literatura [1] Lukić, Lj. FLEKSIBILNI TEHNOLOŠKI SISTEMI, Univerzitet u Kragujevcu, Mašinski fakultet, Kraljevo, [2] Jovišević, V. PROJEKTOVANJE TEHNOLOŠKIH PROCESA, Univerzitet u Banjoj Luci, Mašinski fakultet, Banja Luka, [3] Djapic, M., Lukic, Lj. APPLICATION OF THE DEMPSTER - SHAFER THEORY IN CONCEPTUAL DESIGN OF THE MACHINING CENTERS, Technical Gazette, Vol. 20, No.1., pp , [4] Nedić, B., MAŠINE ALATKE - PROJEKTOVANJE PRENOSNIKA MAŠINA ALATKI - Skripta, Mašinski fakultet, Kragujevac, 2007 [5] Glavonjić, M., Kokotović, B., Živanović, S. GLAVNO KRETANJA OBRADNOG CENTRA - KONFIGURISANJE GLAVNOG KRETANJA, Univerzitet u Beogradu, Mašinski fakultet, Beograd, [6] Glavonjić, M., Kokotović, B., Živanović, S. POMOĆNA KRETANJA OBRADNOG CENTRA - KONFIGURISANJE POMOĆNIH KRETANJA, Univerzitet u Beogradu, Mašinski fakultet, Beograd, [7] Živkov, S. VERTIKALNA NUMERIČKI UPRAVLJANA GLODALICA ZA IZRADU ALATA ZA LIVENJE PLASTIČNIH MASA - Diplomski rad, Univerzitet u Beogradu, Mašinski fakultet, Beograd, [8] Petrović, P., PROJEKTOVANJE OBRADNIH SISTEMA - Separati predavanja, Univerzitet u Beogradu, Mašinski fakultet, Beograd, [9] Grupa autora, KOMPONENTE NUMERIČKI UPRAVLJANIH ALATNIH MAŠINA - Skripta, Univerzitet u Nišu, Mašinski fakultet, Niš, 2001, [10] Miltenović, V., MAŠINSKI ELEMENTI - TABLICE I DIJAGRAMI, Univerzitet u Nišu, Mašinski fakultet, Niš, [11] Obradni centri i moduli: [12] Obradni centri i moduli: [13] Glavna vretena: [14] Glavna vretena: [15] Ležajevi i uležištenja: [16] Ležajevi i uležištenja: [17] Elektromotori i električna vretena: [18] Elektromotori i električna vretena: Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje iii

6

7 OBRADNI SISTEMI ZA OBRADU REZANJEM. Sadržaj 1. DEFINISANJE STRUKTURE OBRADNOG CENTRA Analiza predmeta obrade Potrebni oblici i veličine kretanja Veličine kretanja i radni prostor Morfološka analiza konstrucije obradnog centra PRORAČUN OPTEREĆENJA OBRADOG CENTRA Otpori kod glodanja Otpori kod bušenja Ukupni otpori KONFIGURISANJE MODULA GLAVNOG KRETANJA Predprojektovanje glavnog vretena Otpori u osloncima glavnog vretena Provjera opterećenja glavnog vretena Izbor uležištenja glavnog vretena KONFIGURISANJE MODULA POMOĆNOG KRETANJA Izbor i proračun vođica Izbor i proračun kugličnog zavojnog vretena Konstruisanje postolja X ose POGONI NA OBRADNOM CENTRU Izbor elektromotora glavnog vretena Izbor elektromotora X ose POKAZATELJI KVALITETA OBRADNOG CENTRA Laboratorijska vježba: Konstruisanje zupčastog prenosnika Laboratorijska vježba: Snimanje prenosnika glavnog kretanja Laboratorijska vježba: Ispitivanje statičke krutosti mašine Laboratorijska vježba: Ispitivanje geometrijske tačnosti mašine Laboratorijska vježba: Ispitivanje radne tačnosti mašine Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje v

8

9 1. DEFINISANJE STRUKTURE OBRADNOG CENTRA

10 1.1. ANALIZA PREDMETA OBRADE Slika 2.1. Razvrstani dijelovi proizvodnog programa Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 3

11 Učestanost klasificiranih oblika predmeta obrade [3]: (pr) - primarno rotacioni dijelovi (pr+s) - primarno rotacioni dijelovi sa dodatnim oblicima (pp) - primarno prizmatični dijelovi (pp+s) - primarno prizmatični dijelovi sa dodatnim oblicima (pr+pp) - primarno prizmatični i primarno rotacioni dijelovi (pr+(pp+s) - primarno prizm. i rotac. dijelovi sa dodatnim oblicima (s) - svi ostali Slika 2.2. Klasifikacija prema PERA i Tabela 2.1. Broj dijelova prema klasama i vrstama obrade Kategorije dijelova Obrade pr pr+s pp pp+s pr+pp pr+(pp+s) s Struganje Glodanje Bušenje Izrada navoja Brušenje Odnosi gabaritnih dimenzija na radnim predmetima (količnika najveće i najmanje): Tabela 2.2. Broj dijelova prema gabaritnim dimenzijama Kategorija Dugački: Max / Min > 4 Ujednačeni: Max / Min < 4 pp pp+s pr+pp pr+(pp+s) Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 4

12 Učestanost dimenzija radnih predmeta po osama: Tabela 2.3. Brojevi dijelova koje je moguće izradti na stolu date dimenzije Veličine kretanja X Broj dijelova Y Z Dijagram učestanosti dimenzija Gabaritne dimenzije se biraju na osnovu dominantne učestanosti: Po x osi: Po y osi: Po z osi. Xg 630 mm Yg 500 mm Zg 500 mm Maksimalne veličine alata koji se koriste za obradu tehnoloških formi na proizvodu. Tabela 2.4. Maksimalne veličine alata Alat Maks. prečnik D max (mm) Min. prečnik D max (mm) Maks. dužina sa adapterima L max (mm) Čeono glodalo Vretenasta glodala Burgije Razvrtači Ureznice M16 M3 50 Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 5

13 Osnovne informacije o proizvoda predstavnika [2]: Tabela 2.5. Osnovne informacije o proizvodu predstavniku Osobina RP Vrijednost / Opis Dominantni tip oblika predmeta Rotacioni Prizmatični Kombinovani Odnosi gabaritnih dimenzija Ujednačen Dugački Materijal sa najlošijom obradivošću Dominantne obrade i odgovarajući alati Cr - Ni čelik 1 Ravno glodanje Čeona glodala 2 Glodanje stepenika i utora Vretenasta glodala 3 Obrada složenih površina Vretenasta glodala 4 Obrada otvora Burgije i ureznici Tačnost za dominantne obrade Kvalitet za dominantne obrade Težina predmeta obrade (m g ) Radni predmet sa najsloženijim površinama i obradama ± 0,01 mm N7 100 kg Blok motora BM Slika 2.3. Karakterističan dio - blok motora Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 6

14 1.2. POTREBNI OBLICI I VRSTE KRETANJA Povoljan položaj radnog predmeta - X osa orjentisana prema najdužoj ivici: Rb Karateristični oblici na radnom predmetu 1 Gornja ravan paralelna xy ravni Zahvat pomoću osa X Y Z A B C Moguća ravan bazira 2 Složena površina na gornjoj strani XY 3 Otvori na gornjoj strani XY 4 Desna kosa ravan 5 Složena površ na desnoj kosoj strani Otvori na desnoj kosoj strani XY 7 Lijeva kosa ravan 8 Složena površ na lijevoj kosoj strani Otvori na lijevoj kosoj strani XY Desna ravna strana paralelna XZ ravni Složena površina na desnoj strani paralelnoj XZ ravni Otvori sa desne strane paralelne XZ ravni Lijeva ravna strana paralelna XZ ravni Složena površina na lijevoj strani paralelnoj XZ ravni Otvori sa lijeve strane paralelne XZ ravni Bočna lijeva ravna strana paralelna YZ ravni Složena površina na lijevoj strani paralelnoj YZ ravni Otvori na lijevoj strani paralelnoj YZ ravni Bočna desna ravna strana paralelna YZ ravni Složena površina na desnoj strani paralelnoj YZ ravni Otvori na desnoj strani paralelnoj YZ ravni Donja ravna strana paralena XY ravni Složena površina na donjoj strani paralena XY ravni Otvori na donjoj strani paralena XY ravni XY XY XY XY XY XY XY XY XY XY XY XY + XY XY XY ili okretanje XY ili okretanje XY ili okretanje Novo baziranje Novo baziranje Novo baziranje Alati Čeono glodalo Vretenasto glodalo Burgije i ureznice Čeono glodalo Vretenasto glodalo Burgije i ureznice Čeono glodalo Vretenasto glodalo Burgije i ureznice Čeono glodalo Vretenasto glodalo Burgije i ureznice Čeono glodalo Vretenasto glodalo Burgije i ureznice Čeono glodalo Vretenasto glodalo Burgije i ureznice Čeono glodalo Vretenasto glodalo Burgije i ureznice Čeono glodalo Vretenasto glodalo Burgije i ureznice Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 7

15 Slika Obradak sa povoljnom orijentaciom Potrebna kretanja, dobijena na osnovu analize potreba obrade odnosno potrebnih osa za dovođenje radnog predmeta u poziciju za obradu: Biraju se: Translatorne: X, Y i Z Obrtne: A i C Položaj glavnog vretena se bira na osnovu dominantne učestanosti radnih predmeta i izdvojenih operacija izrade: Bira se: Vertikalno glavno vreteno Vrsta upravljanja zavisi od složenosti radnog predmeta, tehnologije i strukture mašine. S obzirom da je potrebno izvesti složenu obradu površina, bira se: Bira se: 5D upravljanje Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 8

16 1.3. VELIČINE KRETANJA I RADNI PROSTOR Slika Radni prostor kod vertikalnog obradnog sistema Dimenzije radnog stola zavise od gabaritnih dimenzija najvećeg radnog predmeta: X S 1.1 X G mm Y S 1.1 Y G mm Z S 1.1 Z G mm Potrebna veličina klizača za kretanje po X osi (struktura sa dugačkom X osom): X K 1.1 (y + 1) Y G 1.1 (1 + 1) mm Potrebna veličina klizača za kretanje po Y osi (najkraća osa): Y K 1.1 (x + 1) X G 1.1 (0 + 1) mm Potrebna veličina klizača za kretanje po Z osi (struktura sa dugačkom Z osom): Z K 1.1 Z G L max mm Prostor radnog predmeta: PRP X K Y K Z K m³ Radni prostor: RP X S Y S Z S m³ Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 9

17 1.4. MORFOLOŠKA ANALIZA OBRADNOG CENTRA Izvršioci funkcija: Tabela 2.6. Izvršioci funkcija Izvršioci funkcija Prihvat alata ISO HSK Modul glavnog vretena 2 Uležištenje Aksijalno Radijalno 3 Pogon Koračni DC AC 4 Veza sa vretenom Električno vratilo In line 5 Sistem vođenja Kotrljajne Klizne Zupčasti prenosnik Tandemi Remeni prenosnik Modul pomoćnog kretanja Stacionarni dio - postolje 6 Vrste kl. vođica Klasične Hidro-statičke 7 Oblik kliznih vođica Otvorene pravugaone Zatvorene pravugaone V vođice 8 Regulisanje zazora Letva bez nagiba Letva sa nagibom Bez regulisanja 9 Podmazivanje Pumpom Mašću Potapanjem Lastin rep 10 Zaštita vođica Uzdužni štitnici Kruti štitnici Teleskopski Harmonika Pretvarač Kuglično zavojno Klizno zavojno Zupčanik 11 kretanja vreteno vreteno zupčasta letva Uležištenje 12 Jedna strana Dvije strane vretena Linearni Koračni 13 Pogon Servomotor motor motor Radijalno Radijalni 14 Uležištenja Radijalni kuglični Tandemi aksijalno kug. valjčasti 15 Oblik postolja Otvoren Zatvoren 16 Vrsta ojačanja Rebra Dupli zidovi 17 Položaj rebara Poprečni Uzdužni Dijagonalni 18 Materijal Sivi liv Čelik Beton Radijalnoaksijalno Hidrodinamičke Aerostatičke Upravljanje 19 Način Manuelno Automatski Izmjena alata 20 Magacin alata Lančasti sa radijalnim sjedištima Lančasti sa paralelnim sjedištima 21 Izmjena alata Manuelno Automatski Doboš sa radijalnim sjedištima Doboš sa paralelnim sjedištima Izmjena paleta 22 Izmjena paleta Manuelno Automatski Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 10

18 Definisanje varijanti obradnog centra: Tabela 2.7. Varijante prema izvršiocima Element Varijante V1 V2 V Ocjene varijanti obradnog centra: Tabela 2.8. Ocjene varijanti Karakteristika mašine Varijante V1 V2 V3 Tačnost Brzina Snaga Krutost Fleksibilnost Održavanje Ukupni zbir Srednja ocjena Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 11

19 Razmatranje izvedenih rješenja obradnog centra: Tabela.2.9. Različite konstrukcije obradnih centara HURCO Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 12

20 Formiranje struktura obradnog centra se vrši na osnovu iskustva i mogućih izvedbi konstrukcije (potrebno je razmotriti što više mogućih modularnih struktura): Tabela 3.6. Različite strukuture obradnih centara stubnog tipa sa obrtnim stolovima AFYXOZCv FAYXOZCv AFXYOZCv FAXYOZCv AFXOYZCv FAXOYZCv AFOXYZCv FAOXYZCv Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 13

21 Različite strukture obradnih centara stubnog tipa sa obrtnim glavama XOYZBACv XYOZBACv FXYOZBCv FXYOZAV AXOYZBCv FXOYZACv AOXYZBCv FOXYZACv Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 14

22 Tabela 3.7. Različite strukture obradnih centara portalnog tipa AFOXZYCv OXZYABCv FOXYZCv OXYZBACv AFOXYZCv AFOXYZCv AFXYOZCv AFYOXZCv Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 15

23 Izbor povoljne strukture obradnog sistema se vrši na osnovu karakteristika razmatranih struktura. U tom smislu mogu smislu može se koristi sljedeća tabela: Tabela 3.8. Neka pravila izbora oblika strukture Ako je Onda Napomena Oblik RP Masa radnog predmeta Cilindričan Glavno kretanje izvodi RP Strugovi Prizmatičan Glavno obrtno kretanje izvodi AL Glodalice m g > 400 kg Sva pomoćna i glavna kretanja izvodi AL Portalni tip m g < 200 kg Pomoćna horizontalna može da izvodi RP m g < 100 kg Vertikalno pomoćno kretanje može da izvodi RP m g < 200 kg Obrtna pomoćna kretanja može da izvodi RP m g > 200 kg Obrtna pomoćna kretanja treba da izvodi AL Zg > 300 mm Vertikalno pomoćno kretanje treba da izvodi AL Veličine radnog predmeta Zg > 350 mm Vertikalno kretanje treba preko dugačke Z ose Xg > 400 mm Horizontalno kretanje po X osi treba da izvodi RP Yg > 400 mm Kretanje po Y osi treba da izvodi RP Xg > 300 mm Treba izbjegavati nadovezivanje sa Y osom Yg > 300 mm Treba izbjegavati nadovezivanje sa X osom Zg < 300 mm Povišena Vertikalno kretanje može preko kratke Z ose Izbjegavati obrtna pomoćna kretanja AL Potrebna krutost (tačnost) Povišena Povišena Povišena Povišena Povišena Normalna U suštini izbjegavati pomoćna obrtna kretanja Izbjegavati vertikalno kretanje RP po Z osi Stacionarni modul u sredini strukturne formule Izbjegavati vezana obrtna kretanja Kretanje po Z osi treba vezati za postolje Podjeliti pomoćna obrtna kretanja na A i RP Normalna Obrtno kretanje oko dugačke X ose izvodi RP Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 16

24 Povoljna struktura obradnog sistema je varijanta koja zadovoljava najveći broj kriterijuma postavljenih pred obradni sistem. Na osnovu smijernica bira se struktura: FAXOYZCv Odabir izvedbe obradnog centra vrši se na osnovu povoljne strukture. Pri tome se vrši konačni izbor konstrukcije obradnog centra. Slika 3.9. Različite izvedbe strukture FAXOYZCv Dugačke X i Z ose Kratke X i Z ose - Dovoljna krutost - Dugačke X i Z ose - Mogućnost većeg radnog prostora - Inercijalne sile u Y osi povišene - Smanjenja krutost - Kratke X i Z ose - Totalno smanjeni radni prostor - Inercijalne sile u Y osi smanjene Dugačke X i Z ose - Dovoljna krutost - Dugačke X i Z ose - Smanjeni radni prostor - Inercijalne sile u Y osi povišene Portalni tip obradnog centra - Povišena krutost - Dugačke X, Y i Z ose - Mogućnost većeg radnog prostora - Smanjena mogućnost manipulacije obradkom Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 17

25 Odabire se prikazana struktura obradnog centra sa modulima: Slika 3.7. Odabrana struktura obradnog centra gdje je: 1 - Modul glavnog vretena (vertikalno) 2 - Modul linearnog kretanja u pravcu Z ose (stubna izvedba) 3 - Modul linearnog kretanja u pravcu Y ose 4 - Postolje obradnog centra (stacionarni modul) 5 - Modul linearnog kretanja u pravcu X ose (translatorni sto) 6 - Modul pomoćnog obrtnog kretanja oko osa X i Z (obrtno - zakretni sto) Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 18

26 2. PRORAČUN OPTEREĆENJA OBRADNIH CENTARA

27 2.1. OTPORI KOD GLODANJA Vrijednost obimne sile glodanja se računa za predviđene teške uslove obrade vretenastim glodalom (u suštini, maksimalne vrijednosti sila ne prelaze 5000 N): F x f y f rf q f GO C f a S1 zr b D Kγ K v K m K F [N] GO h gdje je: b 30 mm a 10 mm z r 3 S mm/z D 40 mm C f 820 x f 1.1 y f 0.8 r f 0.95 q f -1.1 Maksimalna širina glodanja Maksimalna dubina rezanja Pretpostavljeni broj zuba u zahvatu Maksimalni korak po zubu Maksimalni prečnik glodala Koeficijent materijala obratka Eksponent dubine rezanja Eksponent koraka obrade Eksponent širine glodanja Eksponent prečnika glodanja Tabela 4.1. Koeficijenti obimne sile glodanja [4] Maksimalna sila glodanja u XY ravni: F 1.3 F [N] G max GO Maksimalni moment glodanja: FGO Dmax M G max 100 [Nm] Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 21

28 2.2. OTPORI KOD BUŠENJA Maksimalni otpor pomoćnom kretanju (u pravcu ose burgije): x1 y F C D S [N] 3 f gdje je: D 25 [mm] S 0.1 [mm/o] C f 840 x 1 1 y Prečnik burgije Maksimalni korak pri bušenju za predviđene uslove Koeficijent materijala obratka Eksponent prečnika burgije Eksponent koraka bušenja Maksimalni obrtni moment (moment uvijanja burgije): x y Cm D S M B 42 [Nm] gdje je. C m 345 x 2 y 0.8 Koeficijent materijala obratka Eksponent prečnika burgije Eksponent koraka bušenja Tabela 4.3. Koeficijenti otpora pri bušenju [4] Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 22

29 2.3. UKUPNA OPTEREĆENJA Brzina obrade s obzirom na pretpostavku o korišćenim alatima i snazi mašine: Tabela 4.4. Preporučene brzine obrade pri glodanju [4] Tabela 4.5. Preporučene brzine obrade pri bušenju [4] Preporučene brzine su: Brzina pri glodanju: v G 82 m/min brzina pri bušenju: v B 40 m/min mjerodavna brzina: v 90 m/min Snaga glodanja: FG max vg max P G 9.75 [kw] Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 23

30 Snaga bušenja: M B n PB 2.25 [kw] gdje je za preporučenu brzinu rezanja i maksimalni prečnik alata: 1000 vb nb 510 [o/min] π D π Mjerodavna snaga: P max( P, P ) max(9.75;2.25) 9.75 [kw] U G B Mjerodavni moment: M max( M, M ) max(100,42) 100 [Nm] - maksimalni se javlja pri glodanju U G B Referentni broj obrtaja pri pojavi mjerodavnog momenta: 1000 vmax n r 716 [o/min] π D π 40 max Maksimalni broj obrtaja glavnog vretena: 1000 vmax n max 9550 [o/min] π D π 3 min Nominalni broj obrtaja glavnog vretena, bira se na osnovu maksimalnog broja obrtaja: n [o/min] Opterećenja glavnog vretena: Tabela 4.6. Konačne vrijednosti opterećenja Vrsta opterećenja Vrijednost Sila u pravcu Z ose Aksijalna sila 5150 N Sila u pravcu X ose Sila u pravcu Y ose Radijalna sila 6500 N Moment Moment uvijanja 100 Nm Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 24

31 3. KONFIGURISANJE MODULA GLAVNOG VRETENA

32 3.1. PREDPROJEKTOVANJE GLAVNOG VRETENA Tip prihvata se bira na osnovu broja obrtaja glavnog vretena i tipa mašine: Usvaja se: ISO 40 Tabela 5.1. Tipovi prihvata alata Tip Osobine Područije ISO Prihvat sa strmim konusom 7:24 (Tepered Shank) n min -1 HSK Cilindrični prihvat (Hollow Shank Taper) n > min -1 Tabela 5.2. Veličine prihvata alata Tip Oznaka veličine Primjena 30 Veoma male mašine ISO 40 Obradni centri srednje veličine 50 Veliki obradni centri 24 Mikromašine 30 Obradni centri za mikroobradu HSK 38 Mali visokobrzinski obradni centri 48 Visokobrzinski obradni centri srednje veličine 60 Veliki visokobrzinski obradni centri Materijal glavnog vretena: Bira se čelik: Č.4320 (legirani čelik za cementaciju) Izdržljivost materijala na naizmjenično opterećenje savijanja: σ 320 [N/mm²] D( 1) Izdržljivost materijala na istosmjerno opterećenje uvijanja: τ 300 [N/mm²] D( 0) Izdržljivost materijala na istosmjerno opterećenje pritiska: τ 400 [N/mm²] Jangov modul elastičnosti: E [N/mm 2 ] D( 0) Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 27

33 Slika 5.7. Priključne dimenzije ISO prihvata [5] Koeficijenti raspona u pogledu glavnih veličina glavnog vretena formiraju se na osnovu empirijskog znanja, prema datim smjernicama: ako su odnosi a K a i D A b K b tada je: a Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 28

34 Tabela 5.3. Približne vrijednosti prečnika glavnog vretena na prednjem ležaju: Tip Prečnik vretena na prednjem ležaju D A za snage mašine (kw) Strugovi Glodalice Brusilice Tabela 5.4. Približne vrijednosti koeficijenata raspona Tip Preciznost obrade ili krutost vratila Koeficijent prepusta kod prednjeg ležaja Ka Koeficijent međurastojanja između ležajeva Kb I Visoka II Srednja III Niska Karakteristični prečnici na glavnom vretenu, mogu se u predprojektu usvojiti na sljedeći način: Usvaja se spoljašnji prečnik na osloncu A: D 90 [mm] Prečnik srednjeg dijela glavnog vretena: D 0.9 D [mm] A S A Prečnik vretena na zadnjem osloncu - osloncu B: D 0.9 D [mm] B S Veličine prepusta zavise od preuzetih koeficijenata. Rastojanje između oslonaca: b 400 mm Maksimalni dozvoljeni prepust pri razmatranim režimima rezanja: a 120 mm Prepust na strani remenog prenosnika: c 60 mm Konstrukcija glavnog vretena se razmatra za različite izvedbe sklopa glavnog vretena: Bira se: Glavno vreteno sa remenim prenosnikom na konzolnom prepustu Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 29

35 3.2. OTPORI U OSLONCIMA GLAVNOG VRETENA Sila kojom remen pritiska vratilo, prema priručniku: w A q d T C F [N] Otpori oslonaca za konstrukciju sa konszolno postavljenim remenim prenosnikom: Slika Šema opterećenja vratila sa konzolno postavljenim remenim prenosom 0 1 n i i X 0 A F a X 0 1 n i i Y q B A r F Y Y F 0 1 n i A M 0 ) ( + + c b F b Y a F q B r Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 30

36 Za prikazani smijer dijelovanja sile rezanja: X F 5150 [N] A a Fq ( b + c) Fr a 3500 ( ) YB 2075 [N] b 400 Y F + F Y [N] A r q B Za suprotni smijer dijelovanja sile rezanja: Fq ( b + c) Fr a 3500 ( ) ( 6500) 120 YB 5975 [N] b 400 Y F + F Y [N] A r q B Maksimalni momenti savijanja: Evidentno je da je najveći moment savijanja u osloncu A: M l M SA Fr a [Nmm] max Ekvivalentni moment savijanja, moment koji uzima naprezanje na uvijanje: M i max α o M + T [Nmm] σ D( 1) 320 gdje je: α o koeficijent ekvivalencije napona τ 300 D(0) Ugib glavnog vretena na prepustu, za maksimalnu vrijednost sile rezanja: y gdje je: I x π Fr a Fr b a + 3 I E 3 I E 2 Fq b a b c c c I E b b b gv mm x x x 4 4 ( D d ) Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 31

37 3.3. PROVJERA OPTEREĆENJA GLAVNOG VRETENA Provjera vratila s obzirom na savijanje: σ D( 1) 320 Dozvoljeni napon na savijanje: σ doz 91 [N/mm²] S 3.5 M s M s Jednačina savijanja je σ doz iz čega slijedi Wx W σ Otporni moment poprečnog presjeka Zamjenom se dobija: 4 4 π D d M s 32 D σ doz uvrštavanjem vrijednosti 4 4 π D D 91 dobija se nejednačina: 4 D D x D π 32 d D 4 4 W x Rješenje nejednačine je približno D [mm] što zadovoljava! doz Provjera vratila s obzirom na uvijanje: Napon na uvijanje je T W p τ iz čega slijedi doz W p T τ D Otporni polarni moment poprečnog presjeka glavnog vretena: π 16 τ D(0) 300 Dozvoljeni napon na uvijanje: τ doz 85 [N/mm²] S 3.5 Zamjenom veličina dobija se nejednačina: 4 4 π D d T 16 D τ doz Uvrštavanjem veličina: 4 4 π D D 85 dobija se nejednačina: 4 D 5992 D doz d D 4 4 W p Rješenje nejednačine je približno D [mm] što zadovoljava! Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 32

38 Provjera vratila s obzirom na pritisak: Fa Napon na pritisak je σ doz iz čega slijedi A A σ doz 2 2 Površina poprečnog presjeka glavnog vretena: A π ( D d ) 4 σ D(0) 400 Dozvoljeni napon na pritisak: σ doz 115 [N/mm²] S 3.5 Zamjenom veličina dobija se nejednačina: π 2 2 F ( D d ) a 4 σ doz Uvrštavanjem veličina: π ( D 32 ) dobija se nejednačina: D 1081 Rješenje nejednačine je približno D [mm] što zadovoljava! F a Provjera deformisanja vratila s obzirom na pritisak: Aksijalna krutost gleavnog vretena računa se za veličinu prepusta jer je oslonac A nepokretan. Fa l Jednačina za deformaciju: l A E 2 2 Površina poprečnog presjeka: A π ( D d ) 4 Uvrštavanjem veličina dobije se 4 Fa a l 2 2 π E D d ( ) zamjenom vrijednosti dobija se veličina aksijalnog pomjeranja: l [mm] π ( ) Aksijalna deformacija glavnog vretena je jako mala što zadovoljava! Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 33

39 3.4. IZBOR ULEŽIŠTENJA GLAVNOG VRETENA Izbor tipa uležištenja Bira se: tandem ugradnja Tabela 5.8. Princip rasporeda više ležajeva na osloncu [15] Principi ugradnje više ležajeva na jednom osloncu Način ugradnje Naziv O raspored X raspored Tandem raspored Prenos aksijalne sile samo u Karakteristike Prenos aksijalne sile u oba pravca jednom pravcu Izbor sistema uležištenja Bira se: sistem C Tabela 5.9. Izbor sistema uležištenja [5] Tip Prednje nepokretno uležištenje Zadnje pokretno uležištenje Velike brzine Tačnost u radu Krutost Radni vijek A B C D D E Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 34

40 Izbor ležaja na nepokretnom osloncu A: Tip ležaja, bira se na osnovu tipa opterećenja, a pošto se na mestu A javljaju radijalna i aksijalna sila, bira se ležaj iz grupe radijalno-aksijalnih ležajeva: Precizni kuglični jednoredni ležaj sa kosim dodirom 25 montiran u TANDEMU, proizvođača SKF Tabela Precizni jednoredni kuglični ležajevi sa kosim dodirom [15] Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 35

41 Faktor vrste kotrljajnih tela α Obzirom da je riječ o prstenastom jednorednom ležaju sa kotrljajnim tijelima u obliku kuglica, tada je: α 3 Broj časova rada L h, za alatnu mašini iznosi L h, te se usvaja: L [h] Odnos aksijalne i radijalne sile: FaA F 8975 ra Koeficijent aksijalnog i radijalnog opterećenja Prema tipu ležaja očitava se vrijednost: e 0.68 Prema navedenom odnosu aksijalne i radijalne komponente sile i tipa ležaja, montiranja u tandemu, pošto je odnos sila manji od e, vrijednosti: Faktor radijalnog opterećenja: X 1 Faktor aksijalnog opterećenja: Y 0 Tabela Proračun ekvivalentnog opterećenja - SKF [15] Ekvivalentno dinamičko opterećenje na osloncu A F X F + Y F [N] r a Potrebna dinamička nosivost ležaja na osloncu A 60 n L α h C A F 187 [kn] Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 36

42 Provjera dinamičke nosivosti i izbor broja ležajeva Bira se ležaj: 7218 ACD - proizvođača SKF Širina ležaja B 30 mm; vanjski prečnik D 160 mm Područije broja obrtaja: n max < min -1, što odgovara! Dinamička nosivost ležaja: C 121 kn Kako dinamička nosivost jednog ležaja nije dovoljna, ugrađuje se više ležajeva (broj ležajeva - i), pri čemu se nosivost računa: C n i 0. C, pa je broj potrebnih ležajeva: 7 i C C A , na osnovu čega se usvaja i 2 ležaja u tandemu Izbor ležaja na pokretnom osloncu B: Tip ležaja, bira se na osnovu tipa opterećenja, a pošto se na mestu B javljaju sile, bira se ležaj iz grupe radijalno ležajeva: Jednoredni valjčasti ležaj sa konusnim provrtom tipa NU Faktor vrste kotrljajnih tela α Obzirom da je riječ o prstenastom jednorednom ležaju sa kotrljajnim tijelima u obliku kuglica, tada je: α 3.33 Broj časova rada L h se usvaja kao i za prednji ležaj: L [h] Odnos aksijalne i radijalne sile (kao radijlna sila može se uzeti težina konstrukcije): FaB F 5975 rb gdje je F ab 1000 N - težina vratila sa remenicom Koeficijent aksijalnog i radijalnog opterećenja Iz tablice se očitavaju vrijednosti: Koeficijent radijalnog opterećenja: X 1 Koeficijent aksijalnog opterećenja: Y 0 Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 37

43 Ekvivalentno dinamičko opterećenje na osloncu B: F X F + Y F [N] r a Tabela Jednoredni valjčasti ležaj sa konusnim provrtom [15] Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 38

44 Potrebna dinamička nosivost ležaja na osloncu B 60 n L α h C B F 92 [kn] Provjera dinamičke nosivosti i izbor broja ležajeva Bira se ležaj: NUP 215 ECP - proizvođača SKF Širina ležaja B 25 mm; vanjski prečnik D 130 mm Područije broja obrtaja: n max < 6700 min -1, što granično odgovara! Dinamička nosivost ležaja: C 150 kn, što odgovara! Deformacija sistema uležištenja Iskazuje se kroz odstupanje osnih linija neopterećenog i opterećenog glavnog vretena na prepustu (y ul ): 2 2 ( a + b) a 6500 ( ) 2 2 F 120 r y ul [mm] b C p C z pri čemu je: F δ r r [μm] - radijalna deformacija ležajeva za jedan ležaj d koja za uležištenja iznosi: FrA δ ra 41.6 [μm] d 90 A FrB δ rb 33.5 [μm] d 75 B Na osnovu radijalne deformacije, mogu se izračunati krutosti ležajeva: Fr CL δ r pa će krutosti ležajeva iznositi: FrA 8975 CLA [N/mm] δ ra Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 39

45 C LB F rb δ rb [N/mm] Dok će ukupna krutosti uležištenja A iznositi: C i C [N/mm] UA UA Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 40

46 B / H B A 0.05 B 3 A 0.08 A k A k B 65 h M65x2 1/ PRESJEK A-A Razmjera 1 : 2 3.3/ H / H8 32 H8 32 k6 75 k6 18 P8 65 h Nenaznačene ivice obriti 0.5/ Tolerancija slobodnih mjera: Materijal: ISO Površinska hrapavost: Č.4320 (EN 19MnCr5) Ra 0.8; Ra 1.6 Površinska zaštita: Termička obrada: Cementirati 0.5 mm (procedura 11/E3) P8 PRESJEK B-B Razmjera 1 : 2 St.i. Izmjene Datum Ime Datum Obradio Standard Pregled Marko Marković Naziv: Mr Branislav Sredanović Oznaka: MAŠINSKI FAKULTET Banja Luka Masa: Razmjera: GLAVNO VRETENO Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje Izv. pod.: Zamjena za: 2:1 List: L

47

48 4. KONFIGURISANJE MODULA POMOĆNOG KRETANJA

49 4.1. IZBOR I PRORAČUN VOĐICA Oblik vođica je prvi korak u izboru vođica je izbor oblika kliznih vođica, prema zahtijevima u pogledu pokretljivosti i bočnog zazora. Klizne - za mašine normalne preciznosti ( > 0,001 mm) i veće snage ( > 3 kw). Kotrljajne - za mašine povišene preciznosti (< 0,001 mm) i manje snage ( < 3 kw) Bira se: klizne vođice - pravugaoni oblik Izbor nazivne mjere vođice je drugi korak u izboru vođica, koja se može usvojiti prema potrebnoj širini modula X za linearno pomoćno kretanje: MM vvvvđiiiiii YY SS usvajanjem prve veće dobija se nazivna mjera M vođica 25 Tabela 6.1. Osnovne mjere kliznih vođica [6] Trouglaste vođice Kvadratne vođice Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 45

50 Osnovne mjere vođice H 25 mm B ( ) H mm m 0.5 H 0.5 H 14 mm Materijal vođica: Bira se: SL Opterećenja vođica se proračunavaju na osnovu oblika konstrukcije, šeme opterećenja i rasporeda aktivnih opterećenja. Slika 6.6. Raspored sila na vođicama [6] Sile u pravcima osa: Sila rezanja u pravcu X ose: F x 6500 [N] Sila rezanja u pravcu Y ose: F y 6500 [N] Sila rezanja u pravcu Z ose: F z 5150 [N] Težina radnog predmeta i stola: G [N] Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 46

51 Koordinate tačaka na vođicama - regulisana strana je strana gdje se nalazi letva za poništavanje zazora i koja se smatra nepokretnim osloncem. Y koordianata napadne tačke sile koja djeluje na sredini vođice na regulisanoj strani: Y A 0 Z koordianata napadne tačke sile koja djeluje na sredini vođice na regulisanoj strani: Z A H / 2 25 / [mm] Y koordianata napadne tačke sile koja djeluje na unutrašnjem dijelu vođice na regulisanoj strani: Y B B / 2 50 / 2 25 [mm] Z koordianata napadne tačke sile koja djeluje na unutrašnjem dijelu vođice na regulisanoj strani: Z B 0 Y koordianata napadne tačke sile koja djeluje na sredini vođice na neregulisanoj strani: Y C Y S 550 [mm] Z koordianata napadne tačke sile koja djeluje na sredini vođice na neregulisanoj strani: Z C H / 2 25 / [mm] Ostale poznate veličine su: Tačka djelovanja rezultujuće sile rezanja K (prema najdaljoj tački radnog prostora): X F X S 700 [mm] Y F Y S 550 [mm] Z F Z S 550 [mm] Težišna tačka predmeta obrade L (ukoliko se obradak postavi na sredinu stola): X G X S /2 700 / [mm] Y G Y S / / [mm] Z G Z S / / [mm] Tačka djelovanja sila na zavojno vreteno N (ako je vreteno na sredini raspona i radnog stola): X Q X S / / [mm] Y Q Y S / / [mm] Z Q [mm] - procjenjena vrijednost Nepoznate veličine koje će se odrediti iz postavljenih uslova su: F A, F B, F C - sile koje direktno djeluju na vođice Q - sila na vučnom vretenu X A, X B, X C - koordinate djelovanja sila na vođicama Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 47

52 Uslovi ravnoteže prostornog sistema sila: Σ Xi F 0 µ F + µ F + F + F Q 0 (1.1) Σ Yi A B µ C x F 0 F F 0 (1.2) Σ Zi B y F 0 FA + FC Fz G 0 (1.3) ΣM 0 YC FC + Z F Y F Y G 0 (1.4) Xi F y F z G ΣM 0 ( X µ Z ) F + ( X Z ) F Z Q Z F X F X G 0 Yi A A A C µ C C ΣM 0; X F µ Y F µ Y F + Y Q Y F X F 0 (1.6) Zi B B B B C C Q Q F F x x F F y z G (1.5) Dopunski uslov - krutost vođica srazmjerna je njihovoj efektivnoj širini, odnosno važi: X F : a X F c (1.7) A A C C : Rješavanjem sistema dobija se: Iz (1.2) F B F y 6500 [N] YG G + YF Fz Z F Fy Iz (1.4) FC 3650 [N] YC 550 Iz (1.3) F A F z + G F C [N] Iz (1.1) Q μ F A + μ F B + μ F C +F x [N] a X C FC Iz (1.7) X A c F Uvrštavanjem u (1.5) dobije se: X C µ Z A F A + µ Z C A F C + Z F C Q + Z F a 1 + c Q F X ( 100) X 1345 [mm] X C C + X F F Z + X G G pa će na osnovu jednačine (1.7) biti: a X C FC X A 427 [mm] c F A Iz jednačine (1.6) slijedi da je: µ YB FB + µ YC FC Y X B F X B B Q Q + Y F F + X x F F y [mm] Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 48

53 Raspodjela pritiska na vođicama se određuje na osnovu empirijskih obrazaca, na osnovu kojih se koriste odgovarajući kriterijumi provjere površinskog pritiska: Ako je x A, x B, x C < L/6 raspored je trapez, a provjera se vrši po kriterijumu: p Ako je x A, x B, x C L/6 raspored je trougao, a provjera se vrši po kriterijumu: psr psrdoz Ako je x A, x B, x C > L/6 raspored je dva trougla, a provjera se vrši po kriterijumu: p p gdje je: L / / 3 233,3 [mm] Pošto je: (x A, x B, x C ) < L / 6 raspodjela je trapez sr p srdoz sr max Doz Slika 6.7. Raspodjela pritiska na vođicama prikazana je na slici Dimenzionisanje vođica od sivog liva SL200 vrši se na osnovu kriterijuma da je p sr p 6 max Doz ( ) 10 [ Pa] Srednji pritisci za svaku od grana A, B, C su: FA psra [Pa] < p maxdoz - zadovoljava a L FB psrb [Pa] < p maxdoz - zadovoljava b L FC psrc [Pa] < p maxdoz - zadovoljava c L Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 49

54 4.2. IZBOR I PRORAČUN KUGLIČNOG ZAVOJNOG VRETENA Izbor kugličnog vretena vrši se na osnovu preporuka proizvođača. Tabela 6.2. Kuglično zavojno vreteno [6] Nazivni prečnik: d 40 mm Standardna dužina neoslonjenog dijela mora biti veći od hoda X ose: L k 1500 mm Polazni podaci: m m sr + m ob kg - masa pokretnih djelova v max 0.5 m/s - maksimalna brzina t 1 0,2 s - vrijeme ubrzanja µ 0,1 - koeficijent trenja vođica Kriterijum dozvoljene aksijalne sile koristi maksimalnu aksijalnu silu Fa max Ubrzanje: aa mmmmmm vv mmmmmm tt 1 0,5 0,2 2,5 mm ss 2 Sila pri ubrzanju: FF aa1 mmmm + μμμμμμ ,75 + 0, , NN Sila pri uniformnom kretanju: FF aa2 μμμμμμ 0, , NN Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 50

55 Sila pri usporavanju: FF aa3 μμμμμμ mmmm 0, , , NN Sila usred radnog opterećenja: FF RR mmmmmm(ffff, FFFF, FFFF) 6500 NN Maksimalna sila pritiska aksijalna sila na zavojnom vretenu je: FF aaaaaaaa FF aa1 + FF RR NN Dozvoljena sila pritiska: FF aaaaaaaa EE dd4 ππ 3 ff kk 64 LL KK 2 2, ππ NN gdje je: E N/mm 2 - Jangov modul elastičnosti d - prečnik jezgra vretena L K - maksimalna neoslonjena dužina zavojnog vretena. f k 4 - korekcioni faktor koji uzima u obzir tip uležištenja zavojnog vretena, za tip uležištenja sa 4 ležaja na obe strane vretena Slika Prikaz veličine korekcionog faktora s obzirom na tip uležištenja [1] Provjera aksijalne sile FF aaaaaaaa NN > FF aaaaaaaa 9230 NN Na osnovu provedenog proračuna i provjere zaključuje se da je maksimalna aksijalna sila na zavojnom vretenu znatno manja od dozvoljenje vrijednosti. Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 51

56 Kriterijum graničnog broja obrtaja Maksimalni broj okretaja zavojnog vretena nn mmmmmm vv mmmmmm pp 0,5 0,01 50 oo ss 3000 oo mmmmmm gdje je: p 10 mm 0,01 m - korak zavojnog vretena Težina neoslonjenog dijela vretena: GG vv 9,81 γγ dd 2 2 ππ LL kk 9, , ππ 1,5 140 NN Izračunavanje graničnog broja obrtaja: nn gggg 30 ππ EE dd ,26 GG vv LL kk 3 30 ππ 2, , oo mmmmmm Dozvoljeni broj obrtaja: nn dddddd 0,8 nn gggg ff kk 0, , oo mmmmmm gdje je: f k 2,24 - korekcioni faktor koji uzima u obzir tip uležištenja zavojnog vretena, za tip uležištenja sa 4 ležaja na obe strane vretena Slika Korekcioni faktori koji uzimaju u obzir način ugradnje i tip uležištenja zavojnog vretena [1] Provjera graničnog broja obrtaja: Na osnovu proračuna slijedi: n max 3000 N < n doz 3580 N što zadovoljava! Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 52

57 Kriterijum krutosti Dozvoljeno aksijalno opterecenje navrtke: FF mmmmmm CC oooo NN ff ss 5 gdje je: C a 141 kn - ukupna dinamička nosivost navrtke iz tabele f s 5 - stepen sigurnosti, koji obuhvata uslove rada mašine (rad pod uticajem vibracija i udara) Provjera krutosti FF mmmmmm NN > FF RR 6500 NN što zadovoljava! Kriterijum vijeka trajanja Radni vijek prema ukupnom broju obrtaja: LL nn 2 CC FF aa2 + FF RR , oooooooooooooo gdje je: C (N) - dinamička krutost kugličnog zavojnog vretena F a2 (N) - sila pri uniformnom kretanju radnog stola F R (N) - sila rezanja Radni vijek prema ukupnom broju radnih sati: LL h LL nn 2, ssssss 60 nn mm ff nn gdje je: n m (min -1 ) - srednja vrijednost broja obrtaja (može se uzeti n m n max / 2) f n (N) - stepen iskorišćenja kugličnog vretena Provjera radnog vijeka kugličnog zavojnog vretena: Radni vijek za kuglična zavojna vretena se kreće u sljedećim granicama: Pri jednosmjernom opterećenju i punom iskorišćenju: L h h Pri dvosmjernom opterećenju i punom iskorišćenju: L h h Na osnovu proračuna može se zaključiti da radni vijek kugličnog zavojnog vretena zadovoljava posavljene kriterijume! Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 53

58 4.3. KONSTRUISANJE POSTOLJA X-OSE Modeliranje napona i pomjeranja pomoću MKE: Postolje se oslanja cijelom donjom stranom, pa je potrebno usvojiti fiksne oslonce: Na širini stola vođica postavlja se ukupno opterećenje po osama: Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 54

59 Definiše se veličina i tolerancija tetraedarskog konačnog elementa: Rješavanje matričnih jednačina: Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 55

60 Rezultati simulacije: Maksimalni napon: Maksimalno pomjeranje: Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 56

61 5. POGONI NA OBRADNOM CENTRU

62 5.1. IZBOR ELEKTROMOTORA GLAVNOG VRETENA Ulazni podaci za izbor pogona glavnog vretena: Tabela 7.3. Podaci potrebni za izbor pogona - preuzeto iz ranijeg proračuna Karakteristika Izvor Vrijednost Potrebna snaga Proračun opterećenja 9.75 kw Maksimalni moment Proračun opterećenja 100 Nm Broj obrtaja sa konstantnim momentom Proračun opterećenja 716 o/min Maksimalni broj obrtaja Proračun opterećenja 9550 o/min Izbor standardnog elektromotora: Proizvođač: SIEMENS Tip elektromotora: 1PH7 Kataloška oznaka elektromotora: 1PH7135-2NFOC-OL Slika Asihroni motor SIEMENS [18] Tabela 7.4. Karakteristike izabranog asihronog elektromotora Snaga (S1) kw 18.5 Referentni broj obrtaja min Moment (S1) Nm 118 Maksimalni broj obrtaja min Težina kg 130 Moment inercije kgm Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 59

63 5.2. IZBOR ELEKTROMOTORA ZA POGON X-OSE Obrtni moment zavojnog vretena: FF OO FF aa1 + FF RR FF aaaaaaaa 9230 NN Ugao uspona zavojaka na zavojnom vretenu: αα arctan pp 10 arctan 4,5 rrrrrr ππ dd ππ Ugao trenja: ρρ arctan(μμ) arctan(0,05) 2,9 rrrrrr Obrtni moment zavojnog vretena: MM FF dd 2 tan(αα + ρρ) ,04 2 tan(4,5 + 2,9) 24 NNNN Redukovani obrtni moment uslijed prenosnog odnosa: MM MM > MM ii > 24 0,5 12 NNNN Maksimalan obrtni moment elektromotora u dinamičkoj oblasti rada - za vrlo kratak vremenski interval od 200 ms za ubrzanje, u praksi se učetverostručuje: MM MMMMMMMM 4 MM MM NNNN Maksimalni broj obrtaja motora - se računa na osnovu maksimalnog obrtaja zavojnog vretena: nn MMMMMMMM nn mmmmmm ii , oo mmmmmm Moment inercije obrtnih dijelova na kugičnom zavojnom vretenu: II OO II VV + II KK1 + II UU ,004 kkkkmm 2 Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 60

64 gdje je: moment inercije kugličnog vretena: II VV 1 32 γγ dd4 ππ ll ,044 ππ 1, kkkkmm 2 moment inercije remenice na kugličnom zavojnom vretenu: II KK γγ dd4 ππ ll ,064 ππ 0, kkkkmm 2 moment inercije uležištenja na kugličnom zavojnom vretenu (usvojeno): II UU kkkkmm Moment inercije linearnih elemenata na modulu: II LL 91 mm oo pp , kkkkmm Redukovani moment inercije sveden na vratilo elektromotora: II RR (II OO + II LL ) (0, ,003) ii 2 0,5 2 0,028 kkkkmm Moment inercije masa na vratilu elekromotora: II EE II EEEE + II KK2 0, ,006 0,011 kkkkmm 2 gdje je: moment inercije elektromotora: II EEEE kkkkmm 2 moment inercije remenice na elektromotoru: II KK γγ dd4 ππ ll ,124 ππ 0,04 0,006 kkkkmm Ukupni moment inercije masa na vratilu elektromotora: II MM II EE + II RR 0, ,028 0,039 kkkkmm Vrijeme ubrzanja pokretnih masa tum: tt uuuu ππ nn MMMMMMMM II MM ,039 ππ 0,127 ss 30 MM MMMMMMMM Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 61

65 Provjera vremena ubrzanja: tt uu 0,127 ss < tt uu 0,2 ss što zadovoljava! Izbor servomotor motora - motor se usvaja na osnovu izračunatog maksimalnog momenta i normalnog momenta motora. Usvaja se sihroni servomotor SIEMENS 1FK AC7 sledećih karakteristika: Snaga motora kw 3,5 Nazivni moment Nm 15 Nazivni broj obrtaja o/min 2000 Maksimalni broj obrtaja o/min 4200 Maksimalni moment Nm 81 Moment inercije kgm Slika AC sihroni servomotor za pomoćno kretanje SIEMENS [18] Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 62

66 6. LABORATORIJSKE I GRAFIČKE VJEŽBE

67 6.1. GRAFIČKI RAD 1 Konstrukcija zupčastog prenosnika za glavno kretanje A. Zakonitost promjene broja obrtaja Podaci Vrsta promjene Geometrijska Tip Jednostruka Broj stepeni prenosa m 4 Maksimalni prečnik D max 40 mm Brzina obrade v 90 m/min Maksimalni broj obrtaja izlaznog vratila n max 7500 o/min 1. Minimalni broj obrtaja glavnog vretena: 1000 v n min 717 [o/min] π D π 40 max 2. Faktor stepenovanja: ϕ n max m nmin Standardni faktor stepenovanja: Standardni faktori stepenovanja se biraju iz niza: 1.12; 1.25; 1.4; 1.6; 1.8 i 2.0. Faktori stepenovanja u suštini predstavljaju prenosne odnose. Usvaja se prva manja standardna vrijednost: Standardne vrijednosti brojeva obrtaja: Za faktor stepenovanja 2.0, uzimajući o obzir minimalni i maksimalni broj obrtaja, standardne vrijednosti su: n n n n [o/min] [o/min] [o/min] [o/min] Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 65

68 5. Ekvivalentni prečnici - ekonomski prečnici (na kojima se predviđa promjena brzine): 1000 v D [mm] π n π v D [mm] π n π v D [mm] π n π v D [mm] π n π Gubitak brzine: ϕ 1 v v ϕ [m/min] 7. Testerasti dijagram u prirodnim koordinatama: Slika Testerasti dijagram zupčastog prenosnika u prirodnim koordinatama Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 66

69 8. Radni testerasti dijagram: ( 90) log v log ( 31.8) ( ) ( 8.1) ( 4.0) log D 1 log log D 2 log 15.9 log D 3 log log D 4 log Slika Testerasti dijagram zupčastog prenosnika u prirodnim koordinatama Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 67

70 B. Konstrukcija zupčastog prenosnika Dodatni podaci Minimalni broj zuba 17 Modul zupčanika m n Šlezingerov dijagram: Slika Šlezingerov zupčastog dijagram 10. Kinematska šema prenosnika: Slika Kinematska šema zupčastog prenosnika Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 68

71 11. Šema uključivanja se formira na osnovu položaja pomjerljivih grupa zupčanika i šlezingerovog dijagrama: Broj obrtaja Ručica n 1 n 2 n 3 n 4 R 1 R Proračun broja zubaca zupčanika (vrši se na osnovu činjenice o jednakom osnom rastojanju zupčanika na susjednim vratilima): Zupčasti par Z 1 /Z 2 Z 1 Z min 17 usvaja se Z1 1 ϕ Z Z 2 Z ϕ 34 Z 1 17 Z 2 34 Zupčasti par Z 3 /Z 4 Z Z Z + Z Z Z ϕ Z 3 51 Z 4 Z Z Z Z 51 Z 3 Z Z Z Z 4 51 Z Z 3 34 Z 4 17 Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 69

72 Zupčasti par Z 5 /Z 6 Z 5 26 usvajamo (približno prethodnom zbiru, i djeljivo sa dva) Z 5 0 ϕ Z 6 0 Z 6 Z 5 ϕ Z 5 26 Z 6 26 Zupčasti par Z 7 /Z 8 Z 7 + Z8 Z 5 + Z Z 7 ϕ Z 8 Z 7 52 Z 8 Z Z Z 3 Z 52 Z 7 Z Z Z Z 8 52 Z Usvaja se Z 35 Z Proračun stvarnih brojeva obrtaja, vrši se na osnovu šlezigerovog dijagrama: Z1 Z n1 nu [o/min] Z Z Z1 Z n2 nu [o/min] Z Z Z 3 Z n3 nu [o/min] Z Z Z 3 Z n4 nu [o/min] Z Z Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 70

73 14. Odstupanja stvarnih brojeva obtraja, vrši se na osnovu standardnih i stvarnih brojeva obrtaja nrač nstn Koristi se obrazac za proračun relativne greška: ni, čije su dozvoljene granice od - n 2% do 4.5%. Tabela 7.1. Odstupanja brojeva obrtaja kod zupčastog prenosnika i Standardni Proračunati Greška Ocjena % U granicama % U granicama % U granicama % U granicama stn 15. Proračun podionih prečnika zupčanika, vrši se na osnovu usvojenog modula i broja zuba Usvaja se modul: m n 3 [mm] Koristeći poznati obrazac D i Z m, podioni prečnici će biti: i n Tabela 7.2. Prečnici zupčanika kod zupčastog prenosnika i Modul m n Broj zubaca Z i Podioni prečnik D i [mm] Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 71

74 Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 72

75 6.2. LABORATORIJSKA VJEŽBA 1 Snimanje prenosnika glavnog kretanja Zadatak: Na univerzalnoj horizontalnoj alatnoj glodalici potrebno je izvršiti snimanje prenosnika za glavno kretanje. Pri tome je potreno skicirati šlezingerov dijagram, kinematsku šemu prenosnika i šemu uključivanja. Rješenje: 1. Osnovni podaci: Snaga motora: P 4 kw Broj obrtaja motora: n 1440 o/min Tip prenosnika: zupčasti prenosnik Broj stepeni prenosa: m 12 Vrsta prenosnika: IV/12 Tip prebacivanja: pomjerljive grupe 2. Faktor stepenovanja: ϕ n n max m min Dostupan broj obrtaja glavnog vretena: n Broj obrtaja (o/min) Slika prenosnika Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 73

76 4. Kinematska šema prenosnika Slika Kinematska šema zupčastog prenosnika glodalice u laboratoriji 5. Šlezingerov dijgram Slika Šlezingerov dijagram zupčastog prenosnika glodalice u laboratoriji 6. Šema uključivanja Broj obrtaja Ručica n 1 n 2 n 3 n 4 n 5 n 6 n 7 n 8 n 9 n 10 n 11 n 12 R 1 R 2 R 3 Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 74

77 6.3. LABORATORIJSKA VJEŽBA 2 Ispitivanje statičke krutost mašine alatke Zadatak: Izvršiti ispitivanje statičke krutosti univerzalnog struga ADA POTISJE US-220. U okviru ispitivanja odrediti krutost nosača pinole, glavnog vrtena i nosača alata. Silu pritiska mjeriti pomoću mjernog lanca KISTLER 9257B, a pomjeranja karakterističnih tačaka pomoću komparatora sa magnetnim stalkom tačnosti mm. Rješenje: 1. Osnovni podaci: Prečnik ispitnog obradka: D 60 mm Razdaljina između karakterističnih tačaka: L 420 mm Temperatura okoline: T o 20 C Snaga mašine: P 4 kw Prečnik glavnog vretena: D s 80 mm Raspon koraka: mm/o Raspon okrtaja: o/min 2. Procedura mjerenja: U steznu glavu mašine i u pinolu postavljaju se kruti šiljci, između kojih se stegne posebno pripreljen ispitni obradak. Komparatori sa magnetnim stalkom se postvljaju na postolje struga, na mjestima prema slici 8.7. Mjerenje se vrši na tako što se ispitni obradak preko nosača alata opterećeuje silom F s, koja se postepeno povećava (200 N, 400 N, 500 N,...). Za svako opterećenje očitavaju vrijednosti pomjeranja nosača alata (f NA ), glavnog vretena (f GV ) i zadnjeg suporta (f ZS ). Mjerenje se vrši više puta. Slika Šema mjerenja statičke krutosti kod univerzalnog struga Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 75

78 3. Rezultati mjerenja: Tabela Izmjerene vrijednosti Pomjeranja Sila pritiska F s (N) f NA (μm) f GV (μm) f ZS (μm) Rb Dijagrami sila pomjeranje, histerzsis dijagrami: Histerezis dijagrami za svaku tačku u kojoj se mjeri pomjerenje: Ukupno pomjeranje: f GV μm Elastično pomjeranje: e GV μm Zazor: z GV μm Slika Histerezis dijagram glavnog vretena Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 76

79 Ukupno pomjeranje: f NA μm Elastično pomjeranje: e NA μm Zazor: z NA μm Slika Histerezis dijagram nosača alata Ukupno pomjeranje: f ZS μm Elastično pomjeranje: e ZS μm Zazor: z ZS μm Slika Histerezis dijagram zadnjeg suporta Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 77

80 5. Proračun konstanti statičke krutosti: Tabela Statičke konstante mašine Rb Naziv Obrazac Jedinica Vrijednost 1 Statička krutost glavnog vretena KK GGGG FF SSSSSSSS 2 ff GGGG kn/μm 2 Statička krutost nosača alata KK NNNN FF SSSSSSSS ff NNNN kn/μm 3 Satička krutost zadnjeg suporta KK ZZZZ FF SSSSSSSS 2 ff ZZZZ kn/μm 4 Statička krutost mašine KK MM KK NNNN KK GGGG KK ZZZZ kn/μm 5 Ukupan zazor mašine zz MM zz NNNN (zz GGGG + zz ZZZZ ) kn/μm Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 78

81 6.4. LABORATORIJSKA VJEŽBA 3 Ispitivanje geometrijske tačnosti mašine alatke Zadatak: Izvršiti ispitivanje geometrijske tačnosti vertikalne NC glodalice Microcut WF-800. U okviru ispitivanja odrediti geometrijske tačnosti radnog stola i vretena. Odstupanja oblika i položaja karakterističnih tačaka mjeriti pomoću komparatora sa magnetnim stalkom tačnosti mm. Rješenje: 1. Osnovni podaci: Temperatura okoline: T o 20 C Snaga mašine: P 5 kw Dimenzije radnog stola: 800 x 500 Radni prostor / hodovi: 500 x 350 x300 Kretanja X/Y/Z: sto / alat / sto Prihvat alata: ISO 40 Spoljašnji prečnik vretena: D s 80 mm Unutrašnji prečnijk vretena: D u 40 mm Prečnik prednjeg ležaja: D l 35 mm 2. Procedura mjerenja: Ispitivanje spoljašnjeg radijalnog bacanja (r gv ), spoljašnjeg aksijalnog bacanja (a gv ) i unutrašnjeg aksijalnog bacanja (r pa ) glavnog vretena, izvodi se pomoći koparatera sa magnetnim stalkom koji se postavljaju na statične dijelove mašine, nezavisne od glavnog vretena (Slika lijevo). Prilikom ispitivanja potrebno je glavnom vretenu zadati laganu rotaciju i pustiti da mjerne igle klize po odgovarajućim površinama. Standardna procedura nalaže i ispitivanje paralelnosti vođica glavnog vretena u horizontalnoj (v gv ) i vertikalnoj ravni (h gv ). Ispitivanje je potrebno provesti uz lagano pomoćno kretanje nosača glavnog vretena, pri čemu mjerne igle klize po vertikalnoj odnosno horizontalnoj površini vođica (Slika desno). Ispitivanje tačnosti uzdužnog kretanja radnog stola (x rs ) izvodi se laganim pomjeranjem radnog stola po X osi, pri čemu ispitna igla klizi po ravnom dijelu stola. Komparater se pričvršćuje za glavno vreteno koje je, u svim slučajevima, zakočeno (Slika ) Ispitivanje poprečnog kretanja radnog stola (y rs ) se izvodi laganim kretanjem mašine po Y osi, pri čemu mjerna igla klizi po površini planparalelnog mjerila. Prizma mora biti pričvršćena za radni sto, umjerena i upravna na uzdužnu osu stola. Prizma ima dužinu veću od 300 mm. Ispitivanje tačnosti vertikalnog krtanja (z rs ) se izvodi laganim kretanjem mašine po Z osi. I u ovom slučaju se koristi planparalelno mjerilo, sa istim karakteristikama kao u prethodnom postupku. Mjerna igla prilikom mjerenja klizi po površini planparalelnog mjerila. Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 79

82 Slika Ispitivanje tačnosti rotacije (lijevo) i kretanja (desno) glavnog vretena glodalice Slika Ispitivanje kretanja radnog stola glodalice Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 80

83 3. Rezultati mjerenja: Tabela Izmjerene vrijednosti odstupanja za glodalicu WF-800 Rb Karakteristika Oznaka Dozvoljeno Odstupanje Izmjereno 1 Centričnost unutrašnjeg konusa glavnog vretena r pa mm mm 2 Centričnost spoljašnjeg konusa glavnog vretena odnosno cilindra glavnog vretena r gv mm mm 3 Aksijalno bacanje čeone strane glavnog vretena a gv mm mm 4 Paralelnost površine radnog stola sa pravce njegovog uzdužnog pomjeranja x rs mm mm 5 Paralelnost pravca poprečnog kretanja radnog stola sa pravcem ose glavnog vretena u vertikalnoj ravni z rs na 300 mm mm 6 Paralelnost pravca poprečnog kretanja radnog stola sa pravcem ose glavnog vretena u u horizontalnoj ravni y rs na 300 mm mm 7 Paralelnost vođica nosača glavnog vretena sa pravcem kretanja glavnog vretena u horizontalnoj ravni h gv na 300 mm mm 8 Paralelnost vođica nosača glavnog vretena sa pravcem kretanja glavnog vretena u vertikalnoj ravni v gv na 300 mm mm 9 Mrtvi hod ručice 4/100 obrtaja ručice mm Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 81

84 Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 82

85 6.5. LABORATORIJSKA VJEŽBA 4 Ispitivanje radne tačnosti mašine alatke Zadatak: Izvršiti ispitivanje radne tačnosti vertikalne NC glodalice Microcut WF-800. U okviru ispitivanja odrediti tačnost rada osa radnog stola i vretena. Odstupanja mjera karakterističnih tačaka mjeriti pomoću komparatora montiranim na prihvat u glavnom vretenu tačnosti mm. Napomena: ispitivanje se improvizouje zbog nedostatka precizne mjerne opreme (laserski uređaj za mjerenje). Rješenje: 1. Osnovni podaci: Temperatura okoline: T o 20 C Snaga mašine: P 5 kw Dimenzije radnog stola: 800 x 500 Radni prostor / hodovi: 500 x 350 x300 Kretanja X/Y/Z: sto / alat / sto Prihvat alata: ISO 40 Upravljanje: linijsko (paraaksijalno) Upravljačka jedinica: Haidenhain TNC Procedura mjerenja: Na prethodno postavljenom uređaju za stezanje na radnom stolu mašine alatke, potrebno je postaviti set planparalnih mjerila odgovarajuće nazivne mjere. Mjerila se postavljaju u odgovarajući položaj u zavisnosti od ose čija se tačnost kretanja ispituje (Slika ). Prilikom ispitivanja, mašini se preko upravljačke jedinice zadaje pozicija koja se dobija sabiranjem ili oduzimanjem nazivnih mjera planparalelnih mjerila u setu. Kada se ticalo mikrometra, postavljenog u glavno vreteno, nasloni na odgovarajće mjerilo očitava se vrijednost na komparatoru. Očitana vrijednost, pozitivna ili negativna, predstavlja grešku pozicioniranja. Mjernje i ispitivanje se može ponoviti i više puta, kombinujući različite pravce i smijerove prilaza planparalelnim mjerilima. Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 83

86 Slika Ispitivanje radne tačnosti mašine: po X osi (lijevo) i Z osi (desno) 3. Rezultati mjerenja: Tabela Izmjerene vrijednosti odstupanja po osama za glodalicu WF-800 Rb mjere Nominalna mjera Δx Δy Δz Smijer prilaženja br. 1 Smijer prilaženja br. 2 Vježbe iz Obradnih sistema za rezanje 84