ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Ι 129 7.3 ΔΡΑΠΑΝΑ Η διάνοιξη οπών είναι αναμφισβήτητα η συνηθέστερη κατεργασία κοπής στην μηχανουργική παραγωγή, οι δε μηχανές διάνοιξης οπών, οι κοινότερες εργαλειομηχανές σε ένα μηχανουργείο. Λόγω της ιδιαίτερα μεγάλης ποικιλίας που υπάρχει αφ' ενός μεν, στις γεωμετρικές διαστάσεις των οπών όπως η διάμετρος, το βάθος και οι ανοχές διαστάσεων, αφ' ετέρου δε, στα υλικά κατεργασίας, στις απαιτήσεις παραγωγικότητας κ.α., υπάρχει μία αντίστοιχα μεγάλη ποικιλία εργαλειομηχανών με κύρια αποστολή την διάτρηση οπών. Εκτός από τις μηχανές αυτές με τις οποίες θα ασχοληθούμε στην συνέχεια, για την ικανοποίηση περιπτωσιακών αναγκών διάνοιξης οπών υπάρχει επίσης και σε άλλες εργαλειομηχανές, όπως οι τόρνοι, οι φρέζες, τα πριόνια, κ.α. η δυνατότητα διάτρησης οπών. Οι δυνατότητες των μηχανών αυτών θα εξετασθούν στις αντίστοιχες ενότητες. Στην ενότητα αυτή θα ασχοληθούμε σχεδόν αποκλειστικά με τα χαρακτηριστικά των δραπάνων, καθώς και με τις παραγωγικές δυνατότητες που μας παρέχουν. Το δράπανο, στη απλούστερη του μορφή αποτελείται από ένα ηλεκτρικό κινητήρα ο οποίος μέσω ενός κιβωτίου ταχυτήτων, μεταδίδει περιστροφική κίνηση σε ένα άξονα συνήθως κατακόρυφο. Ο άξονας αυτός στο κατώτερο σημείο του διαθέτει ένα σύστημα πρόσδεσης του κοπτικού εργαλείου. Το σύστημα αυτό πρόσδεσης των κοπτικών εργαλείων είναι τελείως ανάλογο του συστήματος που χρησιμοποιείται για την πρόσδεση των τρυπανιών στον κεντροφορέα του τόρνου, και λέγεται τσόκ. Ο άξονας του δραπάνου εκτός από την περιστροφική του κίνηση, έχει επίσης την δυνατότητα να κινείται κατακόρυφα. Η κίνηση αύτη του κοπτικού εργαλείου είναι αντίστοιχη με την πρόωση του κοπτικού εργαλείου του τόρνου και ρυθμίζει το βάθος της οπής. Σχήμα 142 Τα κοπτικά εργαλεία που χρησιμοποιούνται στα δράπανα παρουσιάζουν μια μεγάλη ποικιλία μορφών ανάλογα με την κατεργασία για την οποία προορίζονται. Στο σχήμα 142 παρουσιάζονται οι συνηθέστερες κατεργασίες σε δράπανα συνήθους τύπου. Στο σχήμα α έχουμε την διάνοιξη της οπής, στο β την διεύρυνση της οπής με τρυπάνι με οδηγό, στα σχήματα γ,δ έχουμε την κατεργασία του στομίου της οπής (φρεζάρισμα), και στο ε την κατεργασία της εσωτερικής επιφάνειας της οπής (γλύφανση). Εκτός από τις κατεργασίες αυτές, τα δράπανα έχουν την δυνατότητα συνθέτων κατεργασιών όπως παρουσιάζεται στο σχήμα 143 (στ, ζ, η)
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Ι 130 Σχήμα 143 Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η διάνοιξη οπών μεγάλου βάθους συγκριτικά με την διάμετρο. Στις περιπτώσεις αυτές είναι απαραίτητο να εξασφαλίζεται μεγάλη δυσκαμψία του τρυπανιού για να διατηρείται η ευθυγραμμία του άξονα της οπής, για τον σκοπό αυτό δε χρησιμοποιούνται ειδικοί τύποι δραπάνων (σχήμα 144). Σχήμα 144 Ο συνηθέστερα χρησιμοποιούμενος τύπος τρυπανιού έχει ελικοειδη μορφή, ώστε να υποβοηθείται η απομάκρυνση των αποβλήτων από την οπή, μέσω των αυλακών. Το στέλεχος του τρυπανιού είναι κυλινδρικό ή κωνικό ανάλογα με την μορφή του χρησιμοποιούμενου προσδέτου. Η κοπτική ακίδα του τρυπανιού έχει διάφορες μορφές ανάλογα με το υλικό που κατεργαζόμαστε. Τα υλικά κατασκευής των ελικοειδών τρυπανιών είναι συνήθως οι ταχυχάλυβες, σπανιότερα δε χρησιμοποιούνται και κοπτικές επιφάνειες από σκληρομέταλλα ή καρβίδια (σχήμα 145). Σχήμα 145 Στο σχήμα 146 παρουσιάζονται μερικές χαρακτηριστικές μορφές της κοπτικής ακίδος τρυπανιών για την διάνοιξη οπών σε διάφορα υλικά.
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Ι 131 Σχήμα 146 Τα κυριότερα γεωμετρικά χαρακτηριστικά των τρυπανιών παρουσιάζονται στο σχήμα 147: κοπτική Σχήμα 147 Κατά την κοπή με το τρυπάνι, το μέταλλο κόπτεται από τρεις κοπτικές επιφάνειες, από την ακίδα, τις κοπτικές ακμές και από τις πλάγιες ελικοειδείς επιφάνειες. Η κοπτική δράση των κοπτικών ακμών είναι η βασικότερη κατά την διάτρηση και παρουσιάζει μεγάλη ομοιότητα με την κοπή στον τόρνο. Η κοπτική δράση των πλαγίων ελικοειδών επιφανειών είναι δευτερεύουσας σημασίας και έχει σαν αποτέλεσμα την βελτίωση της ποιότητος επιφανείας των τοιχωμάτων της οπής. Τέλος, η κοπή στην κοπτική ακίδα του τρυπανιού παρουσιάζει μεγάλη πολυπλοκότητα λόγω της συμπίεσης του μετάλλου που δημιουργείται από την πρόωση του τρυπανιού και έχει πολύ μικρή κοπτική απόδοση λόγω της μικρής κοπτικής ταχύτητας του εργαλείου στο σημείο αυτό. Το σημαντικότερο γεωμετρικό χαρακτηριστικό των τρυπανιών είναι η γωνία της ακίδος η οποία σχετίζεται άμεσα με την σκληρότητα του υλικού στο οποίο θα διανοιχτεί η οπή. Η συνηθισμένη τιμή της γωνίας αυτής είναι 118 για μέταλλα μέσης σκληρότητας. Για μαλακότερα υλικά η γωνία αυτή φθάνει τις 90, ενώ για σκληρότερα υλικά κατασκευάζεται ίση προς 135, όπως δείχνει το σχήμα 148: Σχήμα 148
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Ι 132 Η γωνία της ακίδος είναι δυνατόν να κατασκευασθεί και σε δύο διαβαθμίσεις ή ακόμη και μεταβλητή για ειδικές περιπτώσεις οπών σε, μαλακά υλικά. Σχήμα 149 Οι συνθήκες κοπής στα τρυπάνια είναι ιδιαίτερα δυσμενείς λόγω της πολυπλοκότητας του σχήματος των κοπτικών επιφανειών, της δυσκολίας ψύξης και λίπανσης με τα κοπτικά υγρά, και της δυσκολίας απομάκρυνσης των αποβλήτων. Οι συνθήκες αυτές επιδεινώνονται με την αύξηση του βάθους της οπής. Για την αντιμετώπιση των προβλημάτων αυτών, τα ελικοειδή τρυπάνια είναι δυνατόν να κατασκευαστούν με μεγαλύτερο πυρήνα, όπως π.χ. στην περίπτωση του σχήματος 149β. Για την βελτίωση των συνθηκών λίπανσης στο βάθος της οπής σε περιπτώσεις παραγωγικών διατρήσεων χρησιμοποιούνται και δράπανα με διοχέτευση ελαίου δια μέσου του τρυπανιού. Στην περίπτωση αυτή η εξαγωγή του ελαίου γίνεται μέσω της διανοιγμένης οπής, η ροή δε αυτή του ελαίου υποβοηθάει και την απομάκρυνση των αποβλήτων. Για μεγάλες ταχύτητες πρόωσης, τα τρυπάνια κατασκευάζονται και με μικρότερη γωνία έλικος (σχήμα 149δ). Τα ελικοειδή τρυπάνια χρησιμοποιούνται για όλες τις συνηθισμένες διατρήσεις υλικών και παρουσιάζουν ικανοποιητική απόδοση. Τα κυριότερα μειονεκτήματα των τρυπανιών του τύπου αυτού είναι η πολύπλοκη μορφή τους, η σχετική δυσκολία τρόχισης των κοπτικών επιφανειών, η σχετικά μειωμένη αντοχή του στελέχους λόγω των ελικώσεων, η δυσκολία κατασκευής τρυπανιών μεγάλης διαμέτρου, κ.α. Για την αντιμετώπιση των προβλημάτων αυτών έχουν κατασκευασθεί τρυπάνια με διαφορετική μορφή τα οποία χρησιμοποιούνται για την διάνοιξη οπών σε ειδικές περιπτώσεις. Οι κυριότεροι τύποι ειδικών τρυπάνων είναι οι έξης: α. Τρυπάνια σπάθης β. Τρυπάνια ένθετων. γ. Τρυπάνια καννών. δ. Τρυπάνια ΒΤΑ. ε. Μικροτρυπάνια. Τα τρυπάνια σπάθης χρησιμοποιούν σαν κοπτικό εργαλείο ένα κυλινδρικό στέλεχος το οποίο φέρει στο άκρον του μία εγκοπή. Στην εγκοπή αυτή, με την βοήθεια ενός πείρου προσαρμόζεται η κοπτική
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Ι 133 ακίδα. Οι πιο συνηθισμένες μορφές κοπτικών ακίδων παρουσιάζονται στο σχήμα 150: Σχήμα 150 Οι ακίδες αυτές κατασκευάζονται από ταχυχάλυβα ή καρβίδια, και λόγω της σχετικά απλής μορφής τους παρουσιάζουν σχετικά απλή διαδικασία τροχίσματος. Τα τρυπάνια του τύπου αυτού έχουν ικανοποιητική στιβαρότητα και χρησιμοποιούνται γεια την διάνοιξη οπών μεγάλης διαμέτρου. Όπως και στους λοιπούς τύπους τρυπανιών, το βασικό πρόβλημα κατά την κοπή είναι η απομάκρυνση των αποβλήτων και η ψύξη των κοπτικών επιφανειών ιδίως κατά την στιγμή που το τρυπάνι διαπερνά πλήρως το υλικό. Κατά την στιγμή αυτή η κοπτική ακίδα του τρυπανιού υπερφορτίζεται και υπερθερμαίνεται με δυσμενή αποτελέσματα για την διάρκεια ζωής του τρυπανιού. Για την αύξηση της παραγωγικότητας και των κοπτικών ταχυτήτων των δραπάνων, χρησιμοποιούνται και τρυπάνια με ένθετες κοπτικές ακίδες από καρβίδια. Οι ακίδες αυτές δεν τροχίζονται αλλά αντικαθίστανται με καινούργιες. Λόγω των μεγάλων ταχυτήτων κοπής που επιτυγχάνονται με τα ένθετα αυτά είναι απαραίτητη η έντονη ψύξη των ακίδων με κοπτικά υγρά. Τα υγρά αυτά τροφοδοτούνται από το εσωτερικό του τρυπανιού μέσω οπών, όπως παρουσιάζει το σχήμα 151. Σχήμα 151
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Ι 134 Με τον όρο τρυπάνι κάννης ονομάζουμε κάθε τρυπάνι που πρόκειται να χρησιμοποιηθεί για την διάνοιξη οπών με μεγάλο βάθος συγκριτικά με την διάμετρο τους. Τα τρυπάνια αυτά χρησιμοποιήθηκαν για πρώτη φορά στην κατασκευή όπλων. Οι συνθήκες κοπής κατά την διάνοιξη οπών μεγάλου βάθους είναι ιδιαίτερα δυσμενείς όχι μόνον από άποψη; απομάκρυνσης των αποβλήτων και ψύξης των κοπτικών επιφανειών, αλλά και για λόγους στιβαρότητας του τρυπανιού και ακρίβειας ευθυγράμμισης του άξονα της οπής. Για την αντιμετώπιση των προβλημάτων αυτών είναι απαραίτητη η χρησιμοποίηση ειδικών τρυπανιών και δραπάνων. Τα τρυπάνια αυτά συνήθως έχουν την μορφή του σχήματος 152. Σχήμα 152 Τα τρυπάνια του τύπου αυτού έχουν την μορφή κυλινδρικού στελέχους το οποίο φέρει διαμήκη εγκοπή με σχήμα κυκλικού τομέα με γωνία περίπου 120, όπως δείχνει το σχήμα 153 στο οποίο παρουσιάζονται και οι συνηθέστερες διαμορφώσεις της κοπτικής ακίδας. Σχήμα 153 Η εγκοπή αυτή χρησιμοποιείται για την απομάκρυνση των αποβλήτων με την βοήθεια του κοπτικού υγρού που διοχετεύεται μέσω της οπής. Το χρησιμοποιούμενο δράπανο για την διάνοιξη των οπών αυτών έχει την διάταξη του σχήματος 154:
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Ι 135 Σχήμα 154 Κατά την διάνοιξη της οπής είναι απαραίτητη η κατά το δυνατόν καλύτερη στήριξη του τρυπανιού. Τούτο επιτυγχάνεται με την χρησιμοποίηση ενδιαμέσων εδράνων και με την στήριξη του τρυπανιού στα τοιχώματα της οπής, όπως δείχνει το σχήμα 155: Εδρανο Κομμάτι Σχήμα 155 Με την χρησιμοποίηση των τρυπανιών καννών είναι δυνατή η κατασκευή οπών για διάφορες εφαρμογές, όπως δείχνει το σχήμα 156: Σχήμα 156
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Ι 136 Οι οπές αυτές είναι πολύ δύσκολο να κατασκευασθούν σε άλλα είδη δραπάνων είτε λόγω υπερβολικού βάθους είτε λόγω της έλλειψης της αναγκαίας στιβαρότητας και ακρίβειας. Εκτός από τον τύπο αυτό του τρυπανιού καννών χρησιμοποιείται τελευταία και ένας νέος τύπος τρυπανιού με εξωτερική παροχή κοπτικού υγρού και εσωτερική απομάκρυνση των αποβλήτων. Ο τύπος αυτός παρουσιάζει σημαντική ομοιότητα με το τρυπάνι ΒΤΑ που θα εξετασθεί στην συνέχεια. Η μορφή τού τρυπανιού αυτού και ο τρόπος λειτουργίας του παρουσιάζεται στο σχήμα 157. Σχήμα 157 Για την διάνοιξη οπών ελαφρά μεγαλυτέρων από τις οπές που είναι δυνατόν να κατασκευασθούν με τρυπάνια καννών χρησιμοποιείται τα τελευταία χρόνια η μέθοδος ΒΤΑ (Boring and Trepanning Association). Με την μέθοδο αυτή, το κοπτικό υγρό (1) εισέρχεται δια μέσου του κελύφους (2) και του διακένου (5) στον χώρο (6) μεταξύ του τρυπανιού και του υλικού. Στον χώρο αυτό δημιουργούνται υψηλές ταχύτητες με αποτέλεσμα την καλή ψύξη των κοπτικών επιφανειών και την ταχεία απομάκρυνση των αποβλήτων (3) μέσω του εσωτερικού σωλήνα (4). Η χρήση της μεθόδου ΒΤΑ επιτρέπει την χρησιμοποίηση μεγαλύτερης πρόωσης συγκριτικά με τα τρυπάνια κάννης, με ελαφρά μείωση της ακρίβειας διάτρησης. Η μέθοδος ΒΤΑ χρησιμοποιείται και για την διοχέτευση του κοπτικού υγρού σε ειδικά τρυπάνια σωληνοειδούς μορφής. Στα τρυπάνια αυτά η κοπτική επιφάνεια έχει κατάλληλη μορφή ώστε να μετατρέπει σε απόβλητο όχι όλη την μάζα του υλικού που κατελάμβανε τον χώρο της οπής, αλλά μόνον μία κυλινδρική δακτυλιοειδή περιοχή. Με τον τρόπο αυτό το τρυπάνι κατά την διάτρηση αντιμετωπίζει πολύ μικρότερη αντίσταση και συνεπώς δαπανά πολύ μικρότερη ισχύ. Επιπλέον, κατά την κοπή δημιουργείται και μια κυλινδρική ράβδος που είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή άλλου προϊόντος. Η ράβδος αυτή στην περίπτωση της διάνοιξης τυφλών οπών αποκόπτεται με ειδικό κοπτικό εργαλείο. Για την διάνοιξη οπών με διάμετρο μεταξύ 0.5-0.0025 mm χρησιμοποιούνται ειδικά τρυπάνια, τα λεγόμενα μικροτρυπάνια. Τα τρυπάνια αυτά κατασκευάζονται
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Ι 137 από ταχυχάλυβες και καρβίδια και επιτυγχάνουν ακρίβεια διαστάσεων της τάξης των 0.00025 mm. Τα δράπανα που χρησιμοποιούνται για την κίνηση των μικροτρυπανιών είναι συνήθως εφοδιασμένα με στερεομικροσκόπια με μεγέθυνση 20Χ και διαθέτουν ένα υπερευαίσθητο μηχανισμό χειροκίνητης ή αυτόματης πρόωσης. Κατά την κοπή χρησιμοποιούνται μικρές ταχύτητες κοπής και προώσεις, με συχνές διακοπές για την απομάκρυνση των αποβλήτων. Τα κοπτικά υγρά που χρησιμοποιούνται είναι συνήθως λεπτόρρευστα έλαια. Τα δράπανα εκτός από την συνηθισμένη εργασία της διάνοιξης οπών, χρησιμοποιούνται επίσης και για την κατεργασία των εσωτερικών τοιχωμάτων και των στομίων των οπών με ειδικά κοπτικά εργαλεία τα λεγόμενα γλύφανα. Τα γλύφανα, ανάλογα με την κατεργασία που εκτελούν έχουν και την κατάλληλη μορφή. Στο σχήμα 158 παρουσιάζονται μερικές τυπικές μορφές γλυφάνων που χρησιμοποιούνται στη κατεργασία των τοιχωμάτων των οπών. Σχήμα 158 Τα εργαλεία αυτά που παρουσιάζουν σημαντικές ομοιότητες με τα κοπτικά εργαλεία της φρέζας, είναι δυνατόν να κατασκευασθούν με ευθύγραμμους ή ελικοειδείς οδόντες, με αρνητική η θετική γωνία αποβλήτου, ανάλογα με το υλικό (σχήμα 159). Σχήμα 159
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Ι 138 Για την καλή τοποθέτηση βυθισμένων κοχλιών και ήλων, τα διάφορα ελάσματα μετά την διάνοιξη της οπής πρέπει επίσης να κατεργασθούν με κατάλληλα γλύφανα ώστε να διαμορφωθεί στο στόμιο τους η αντίστοιχη κωνική υποδοχή. Στο σχήμα 160 παρουσιάζονται μερικοί τύποι γλυφάνων του τύπου αυτού. Ειδικότερα, ο τύπος δ παρουσιάζει στην κοπτική ακίδα του μια κυλινδρική διαμόρφωση για την καθοδήγηση του γλυφάνου από τα τοιχώματα της οπής. Επίσης, ο τύπος ε διαθέτει εναλλασσόμενες ακίδες και ρυθμιστή τους βάθους τής γλύφανσης. Σχήμα 160 Τα δράπανα κατασκευάζονται σε μια πολύ μεγάλη ποικιλία τύπων, ανάλογα με τις απαιτήσεις διαστάσεων, ανοχών, παραγωγικότητας κ.λ.π. της διάτρησης. Εκτός από τα φορητά δράπανα που προορίζονται για τις κοινές διατρήσεις με μικρές απαιτήσεις ακρίβειας και ποιότητας, κατασκευάζονται επίσης και διάφοροι τύποι μόνιμα εγκατεστημένων δραπάνων. Ο κοινότερος τύπος μικρού δραπάνου είναι το λεγόμενο επιτραπέζιο δράπανο. Το δράπανο αυτό διαθέτει τα κυριότερα χαρακτηριστικά των μονίμων δραπάνων και χρησιμοποιείται σε κάθε μηχανουργείο για την διάνοιξη και γλύφανση οπών με μέσες απαιτήσεις ποιότητος, ακρίβειας και μεγέθους. Ο τύπος αυτός παρουσιάζεται στο σχήμα 161. Το δράπανο αυτό τοποθετείται συνήθως στον πάγκο εργασίας και το προς κατεργασίαν αντικείμενο στην τράπεζα του δραπάνου όπου συγκρατείται από τον τεχνίτη ή με την βοήθεια σφιγκτήρα. Το τρυπάνι προσαρμόζεται στον άξονα του δραπάνου ο οποίος τίθεται σε περιστροφή από τον ηλεκτρικό κινητήρα. Η πρόωση του τρυπανιού ρυθμίζεται με το χέρι με την βοήθεια του μοχλού της πρόωσης. Ανάλογα με το μέγεθος του αντικειμένου είναι δυνατή η ρύθμιση του ύψους της τράπεζας κατεργασίας η οποία έχει την δυνατότητα ολίσθησης κατά μήκος του στύλου. Εκτός από τον επιτραπέζιο τύπο δραπάνου, για εργασίες που απαιτούν μεγαλύτερη ακρίβεια και ισχύ κοπής χρησιμοποιείται ο κατακόρυφος τύπος δραπάνου δαπέδου. Τα δράπανα του τύπου αυτού διαθέτουν κινητήρα μεγαλύτερος ισχύος, κιβώτιο ταχυτήτων για την ρύθμιση της ταχύτητας κοπής, μεγαλύτερη ακρίβεια διάτρησης και λεπτομερή ρύθμιση του βάθους διάτρησης. (σχήμα 162)
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Ι 139 Σχήμα 161 Σχήμα 162
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Ι 140 Τα βασικά προβλήματα στην διάνοιξη οπών με τους απλούς τύπους δραπάνων που εξετάσαμε είναι η ακρίβεια στην θέση της οπής, οι μικρές διαστάσεις των αντικειμένων και η περιορισμένη ισχύς διάτρησης. Για τους λόγους αυτούς τα δράπανα των τύπων αυτών χρησιμοποιούνται για την διάνοιξη περιπτωσιακών μόνον οπών ή ελλείψει άλλων εργαλειομηχανών. Στις περιπτώσεις που οι απαιτήσεις ποιότητος των οπών είναι υψηλές, είναι αναγκαίο να χρησιμοποιηθούν άλλοι τύποι δραπάνων. Στο σχήμα 163 παρουσιάζεται ο απλούστερος τύπος δραπάνου βιομηχανικής παραγωγής το λεγόμενο ακτινικό δράπανο. Σχήμα 163 Στο δράπανο αυτό, το αντικείμενο προσδένεται στην τράπεζα εργασίας με την βοήθεια καταλλήλων σφιγκτήρων και είναι δυνατόν να έχει μεγάλες διαστάσεις. Το τρυπάνι είναι δυνατόν να μετατεθεί σε οριζόντια διεύθυνση πάνω στον βραχίονα και να περιστραφεί γύρω από τον στύλο του δραπάνου. Με την βοήθεια του κινητήρα ανύψωσης είναι δυνατή η άνοδος και η κάθοδος του βραχίονα. Η κατακόρυφη πρόωση του τρυπανιού είναι δυνατόν να γίνει χειροκίνητα ή μηχανικά με την βοήθεια καταλλήλου κιβωτίου ταχυτήτων. Τα κυριότερα χαρακτηριστικά στοιχεία των ακτινικών δραπάνων είναι το μήκος του βραχίονα από το όποιο καθορίζεται το μέγεθος του αντικειμένου κατεργασίας και η ισχύς του κινητήρα του τρυπανιού η οποία καθορίζει και την μέγιστη διάμετρο τρυπανιού για κάθε υλικό που είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθεί. Για την βελτίωση της παραγωγικότητας της διάτρησης έχουν διαμορφωθεί και άλλοι τύποι ειδικευμένων δραπάνων οι οποίοι χρησιμοποιούνται κυρίως για την μαζική παραγωγή.
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Ι 141 Εκτός των ανωτέρω τύπων, υπάρχει επίσης και ένας μεγάλος αριθμός δραπάνων που η λειτουργία τους ρυθμίζεται από ηλεκτρονικό υπολογιστή. Οι εργαλειομηχανές αυτές είναι προορισμένες για την εξυπηρέτηση των αναγκών της μαζικής παραγωγής και έχουν πολύ εξειδικευμένο χαρακτήρα. Η μείωση του κόστους παραγωγής που επιτυγχάνεται με την βοήθεια των μηχανών αυτών είναι πολύ σημαντική γιατί η διάνοιξη οπών, η γλύφανση και η κατασκευή; εσωτερικών σπειρωμάτων στις οπές αυτές, είναι κατεργασίες που παλαιότερα απαιτούσαν ειδικευμένο προσωπικό και μεγάλο αριθμό εργατοωρών. Τα κυριότερα προβλήματα που παρουσιάζονται στη διάνοιξη οπών αναφέρονται στο σχήμα 164. Σχήμα 164 Για την αποφυγή των σφαλμάτων αυτών, είναι απαραίτητη η μεγάλη στιβαρότητα του τρυπανιού και του άξονα του δραπάνου, η προσεκτική και ακριβής τοποθέτηση του τρυπανιού στο σημείο έναρξης της οπής κ.α. Πολλά από τα προβλήματα αυτά αποφεύγονται με την χρησιμοποίηση, ιδίως κατά την διάνοιξη οπών μεγάλης διαμέτρου, βοηθητικών οπών μικρής διαμέτρου στο ίδιο σημείο. Οι οπές αυτές είναι ευκολότερο να διατρηθούν με ακρίβεια και χρησιμοποιούνται σαν οδηγοί του τρυπανιού της μεγάλης διαμέτρου που θα χρησιμοποιηθεί στην συνέχεια για την αποπεράτωση της οπής. Η μέθοδος αυτή είναι φυσικά αρκετά χρονοβόρα, αλλά τα αποτελέσματα της είναι ικανοποιητικά. Σε περιπτώσεις που απαιτείται πολύ μεγάλη ακρίβεια διαστάσεων οπών είναι δυνατόν μετά την διάτρηση και την γλύφανση να ακολουθήσει και τελική λείανση των τοιχωμάτων της οπής σε μηχανές λείανσης ή εκτριβής.
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Ι 142 7.4 ΠΛΑΝΕΣ Η πλάνη αποτελεί την βασική εργαλειομηχανή για την κατεργασία επιπέδων επιφανειών. Η κοπτική εργασία της πλάνης παρουσιάζει πολλά κοινά σημεία με την κατεργασία στον τόρνο, με βασική διαφορά ότι, στην περίπτωση της πλάνης το κοπτικό εργαλείο κινείται ευθύγραμμα. Με τον τρόπο αυτό πάνω στην επιφάνεια του κομματιού κατασκευάζεται μία επίπεδη ή ευθειογενής επιφάνεια. Στο σχήμα 165 παρουσιάζεται η βασική διάταξη που χρησιμοποιείται για την κοπή στην πλάνη. Σχήμα 165 Η κοπή επιτυγχάνεται με την επαφή του αντικειμένου της κατεργασίας με το κοπτικό εργαλείο που παλινδρομεί. Η παλινδρομική κίνηση του εργαλειοφορείου επιτυγχάνεται με την χρησιμοποίηση του μηχανισμού ταχείας επιστροφής στις πλάνες μικρής και μέσης ισχύος, ή με υδραυλική κίνηση στις πλάνες μεγάλης ισχύος. Η πιο κοινή μορφή πλάνης παρουσιάζεται στο σχήμα 166. Στις εργαλειομηχανές του τύπου αυτού, το εργαλειοφορείο είναι προσδεδεμένο στην κεφαλή της πλάνης η οποία κινείται οριζόντια. Το αντικείμενο προσδεδεμένο στην τράπεζα κινείται εγκάρσια προς την διεύθυνση της παλινδρόμησης. Κατά την συνηθισμένη ρύθμιση κοπής στην πλάνη, το κοπτικό εργαλείο αποκόπτει το μέταλλο από την επιφάνεια του αντικειμένου μόνον κατά την πρόσθια κίνηση της κεφαλής, δηλαδή όταν κινείται από τα δεξιά προς τα αριστερά (σχήμα 165). Κατά την επιστροφή της κεφαλής,
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Ι 143 το κοπτικό εργαλείο έρχεται σε επαφή με το μέταλλο με το πίσω μέρος του και δεν αφαιρείται υλικό. Κατά το στάδιο αυτό της επιστροφής του κοπτικού εργαλείο, η τράπεζα μετακινείται εγκάρσια σε απόσταση ίση με την πρόωση που επιθυμούμε ώστε να δοθεί στο κοπτικό νέα ποσότητα μετάλλου. Σχήμα 166 Η κοπτική ταχύτητα στην πλάνη ρυθμίζεται με τον προσδιορισμό των παλινδρομήσεων της κεφαλής ανά λεπτό. Λόγω των μεγάλων επιταχύνσεων που συνεπάγεται η παλινδρομική κίνηση της κεφαλής της πλάνης και των δημιουργούμενων δονήσεων, οι κοπτικές ταχύτητες στην πλάνη είναι πολύ μικρότερες από τις αντίστοιχες στον τόρνο ή στην φρέζα. Το μειονέκτημα αυτό επηρεάζει την παραγωγικότητα της εργαλειομηχανής αυτής σε μεγάλο βαθμό και σε συνδυασμό με την σχετικά μικρή ποικιλία μορφών που είναι κατασκευάσιμες στην πλάνη, περιορίζει πολύ την χρησιμότητα της εργαλειομηχανής αυτής. Πάντως το μειονέκτημα της μικρής κοπτικής ταχύτητας της πλάνης μετριάζεται με την χρησιμοποίηση μεγαλυτέρου βάθους κοπής. Τα κοπτικά εργαλεία της πλάνης παρουσιάζουν πολλά κοινά σημεία με τα εργαλεία του τόρνου. Στο σχήμα 167 δίδονται οι συνηθέστερες μορφές εργαλείων πλάνης από ταχυχάλυβες. Γενικό χαρακτηριστικό των εργαλείων της πλάνης είναι η πολύ ισχυρή κατασκευή τους για την επίτευξη του βάθους κοπής που απαιτείται για την οικονομική λειτουργία της εργαλειομηχανής. Σχήμα 167
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Ι 144 Εκτός από τα εργαλεία αυτά, για την κατεργασία των εσωτερικών επιφανειών εγκοπών, υπάρχουν κοπτικά εργαλεία με διατομή σχήματος Γ, όπως δείχνει το σχήμα 168. Σχήμα 168 Για την βελτίωση της παραγωγικότητας των πλανών χρησιμοποιούνται επίσης και κοπτικά εργαλεία από ένθετα καρβίδια (σχήμα 169). Με τα εργαλεία αυτά περιορίζεται η ανάγκη για τρόχισμα των κοπτικών επιφανειών, δεν επιτυγχάνεται όμως σημαντική βελτίωση της κοπτικής ταχύτητας που περιορίζεται από τον μέγιστο αριθμό παλινδρομήσεων της μηχανής. Σχήμα 169 Σχήμα 170
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Ι 145 Για την βελτίωση της παραγωγικότητας των πλανών χρησιμοποιούνται διάφορες διατάξεις. Στο σχήμα 170 δίδεται η μορφή ενός εργαλειοδέτη πολλαπλών κοπτικών εργαλείων. Τα εργαλεία αυτά είναι δυνατόν να κατεργάζονται διαφορετικές επιφάνειες του αντικειμένου ή να εκτελούν διαφορετικές κατεργασίες στην ίδια επιφάνεια. Εκτός από την μέθοδο αυτή, πολλές πλάνες είναι κατασκευασμένες κατά τέτοιο τρόπο ώστε να είναι δυνατή η κοπή και κατά την φάση της επιστροφής της κεφαλής. Στο σχήμα 171 παρουσιάζεται η διαδικασία κοπής με την χρησιμοποίηση τριών κοπτικών εργαλείων, εκ των οποίων τα δύο πρώτα εκχονδρίζουν το αντικείμενο κατά την φάση του πρόσω και του όπισθεν, ενώ το τρίτο αποπερατώνει την επιφάνεια. Με τον τρόπο αυτό επιτυγχάνεται τριπλασιασμός της παραγωγικότητας της εργαλειομηχανής. Σχήμα 171 Λόγω του μεγάλου βάθους κοπής που χρησιμοποιείται στην κατεργασία στην πλάνη ιδίως στην κατεργασία της εκχόνδρισης, είναι απαραίτητη η στήριξη, του αντικειμένου πάνω στην τράπεζα, εργασίας να είναι ιδιαίτερα ισχυρή και επιμελημένη. Στο σχήμα 172 παρουσιάζεται η στήριξη ενός αντικειμένου στην τράπεζα πλάνης. Η τράπεζα της πλάνης διαθέτει γενικά κατάλληλες αυλακώσεις και εγκοπές για την προσαρμογή διαφόρων εξαρτημάτων πρόσδεσης αντικειμένων. Σχήμα 172
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Ι 146 Για την κατεργασία πολύπλοκων επιφανειών είναι δυνατή η περιστροφή του εργαλειοφορείου και η πρόσδεση των κοπτικών εργαλείων υπό γωνία (σχήμα 173-αριστερά). Για την κατασκευή καθέτων αυλακώσεων σε περιπτώσεις που δεν είναι δυνατή η περιστροφή το αντικειμένου, υπάρχει η δυνατότητα χρησιμοποίησης καθέτων πλανών. Σχήμα 173 Οι πλάνες αυτές διαθέτουν περιστρεφόμενη τράπεζα εργασίας η οποία διευκολύνει ιδιαίτερα τις κατασκευές εγκοπών υπό γωνία και δίνει μία μεγάλη ευκαμψία στην χρήση της εργαλειομηχανής (σχήμα 173-δεξιά). Μία από τις βασικές κατασκευές που είναι δυνατόν να πραγματοποιηθούν στην πλάνη είναι οι σφηναύλακες και τα πολύσφηνα. Οι κατεργασίες αυτές πραγματοποιούνται στην πλάνη με την βοήθεια του διαιρετού με τον οποίο είναι δυνατή η περιστροφή του κατεργαζομένου άξονα κατά τα τμήματα της περιφέρειας που αντιστοιχούν στον αριθμό των αυλακώσεων που πρέπει να χαραχθούν. (σχήμα 174) Σχήμα 174
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Ι 147 Με την πλάνη είναι δυνατόν να κατασκευασθούν και ελικοειδείς επιφάνειες με την διάταξη του σχήματος 175. Στην περίπτωση αυτή το αντικείμενο περιστρέφεται με την βοήθεια πρότυπης ελίκωσης. Η διάταξη αυτή είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθεί και για την κατασκευή άλλων πολύπλοκων μορφών στις εγκάρσιες πλάνες. Στο σχήμα 176 παρουσιάζεται η διάταξη που χρησιμοποιείται στις πλάνες αντιγραφής του τύπου αυτού. Σχήμα 175 Σχήμα 176 Για την κατεργασία αντικειμένων μεγάλων διαστάσεων χρησιμοποιούνται οι τραπεζοπλανές. Οι πλάνες αυτές κατασκευάζονται σε δύο κυρίως τύπους, με μία ή δύο κολώνες. Στις πλάνες αυτές το αντικείμενο τοποθετείται στην τράπεζα της μηχανής η οποία παλινδρομεί. Η πλάνη διαθέτει τρεις ή και περισσότερες κεφαλές οι οποίες κατεργάζονται και διαφορετικές επιφάνειες τού αντικειμένου
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Ι 148 (σχήμα 177). Με τον τρόπο αυτό είναι δυνατή μία μεγάλη αύξηση της παραγωγικότητας της εργαλειομηχανής. Σχήμα 177 Τέλος, για την επεξεργασία αντικειμένων με ιδιαίτερα πολύπλοκο σχήμα χρησιμοποιούνται ειδικές πλάνες αντιγραφής στις οποίες η θέση του κοπτικού εργαλείου καθορίζεται από την θέση τού τροχειοδείκτου επί του προτύπου (σχήμα 178). Σχήμα 178