masine za obradu rezanjem

UNIVERZITET U SARAJEVU

MAINSKI FAKULTET SARAJEVO

MAINE ZA OBRADU REZANJEM

Autor: Doc. dr. Ahmet eki, dipl.ma.ing.

S A D R A J:

Strana 1. UVOD ...................................................................................................................... 1 2. KONCEPCIJSKE VARIJANTE MAINA ZA OBRADU REZANJEM .............. 11 2.1. Strukturno koncepcijske eme alatnih maina za obradu rezanjem ............... 12 2.2. Relativna kretanja alata i predmeta na mainama za obradu rezanjem ........... 14 2.2.1. Struganje ............................................................................................ 14 2.2.2. Buenje .............................................................................................. 15 2.2.3. Glodanje ............................................................................................ 16 2.2.4. Bruenje ............................................................................................. 17 2.2.5. Blanjanje (Rendisanje) ...................................................................... 17 2.2.6. Provlaenje ........................................................................................ 18 2.3. Koordinatni sistemi i pravci kretanja na CNC alatnim mainama .................. 19 2.4. Osnovni elementi maina za obradu rezanjem ............................................... 22 3. PRIJENOSNICI KOD MAINA ZA OBRADU REZANJEM ............................... 24 3.1. Zakonitosti promjene broja obrtaja glavnog vretena ..................................... 24 3.1.1. Aritmetika promjena brojeva obrtaja glavnog vretena .................... 24 3.1.2. Geometrijska promjena brojeva obrtaja glavnog vretena ................... 27 3.1.3. Dvostruko geometrijska promjena brojeva obrtaja glavnog vretena.. 30 3.1.4. Logaritamska promjena brojeva obrtaja glavnog vretena.................. 32 3.2. Stepenasti prijenosnici za ostvarivanje glavnog kretanja ............................... 34 3.2.1. Kaini (stepenasti) prijenosnici ......................................................... 36 3.2.2. Kombinovani kaino-zupasti (stepenasti) prijenosnici .................... 37 3.2.3. Zupasti p r i j e n o s n i c i ............................................................. 38 3.2.3.1. Odreivanje izlaznih brojeva obrtaja pri konstrukciji prijenosnika

za alatnu mainu ....................................................................................... 39 3.2.3.2. Prijenosni odnosi ....................................................................................... 40 3.2.3.3. Kinematska ema i lezingerov dijagram ................................................. 41 3.2.4. Prijenosnici sa spojnicom .................................................................. 48 3.2.5. Prijenosnici sa pomjerljivim grupama zupanika .............................. 50 3.2.6. Prijenosnici sa promjenljivim zupanicima ....................................... 50 3.2.7. Prijenosnici sa pomjerljivim vratilima .............................................. 51 3.2.8. Kombinovani zupasti prijenosnici ................................................... 51

3.3. Prijenosnici za glavna pravolinijska kretanja ................................................. 58 3.4. Prijenosnici sa kontinuiranom promjenom brojeva obrtaja ........................... 58 3.4.1. Mehaniki prijenosnici ...................................................................... 58 3.4.2. Hidraulini prijenosnici ..................................................................... 60 3.4.3. Kontinuirana promjena broja obrtaja elektrinim putem .................. 62 3.5. Prijenosnici za pomona kretanja .................................................................. 63 3.5.1. Prijenosnici za ostvarivanje kontinuiranih pomonih kretanja ......... 63 3.5.1.1. Prijenosnik za pomona kretanja sa kaiem ili lancem .............................. 63 3.5.1.2. Prijenosnik za pomona kretanja sa zupanicima ..................................... 63 3.5.2. Prijenosnici za periodina pomona kretanja .................................... 68 3.6. Prijenosnici za promjenu smjera kretenja ...................................................... 70 3.7. Sistemi za glavno i pomono kretanje kod savremenih alatnih maina ......... 71 3.7.1. Sistem za glavno kretanje .................................................................. 71 3.7.2. Sistem za pomono kretanje .............................................................. 74 4. OSTALI ELEMENTI MAINA ZA OBRADU REZANJEM ............................... 76 4.1. Glavna vretena ............................................................................................... 76

4.2. Elektromotori ................................................................................................. 77 4.3. Nosei elementi .............................................................................................. 77 4.4. Vodei elementi ............................................................................................. 80 4.5. Sistem prihvata i stezanja reznih alata ........................................................... 80 5. ISPITIVANJE TANOSTI I FUNKCIONALNOSTI ALATNIH MAINA .................... 85 5.1. Geometrijska i kinematika tanost alatnih maina ....................................... 85 5.2. Pribori koji se upotrebljavaju pri ispitivanju maina kao i njihova primjena 89 5.3. Statika krutost ............................................................................................... 93 5.3. Plan ispitivanja tanosti univerzalnih alatnih maina .................................... 95 6. MAINE SA GLAVNIM OBRTNIM KRETANJEM ............................................ 100 6.1. Strugovi .......................................................................................................... 100 6.1.1. Univerzalni strug ................................................................................ 100 6.1.2. Strug sa vunim vretenom ................................................................. 105 6.1.3. eoni strug ......................................................................................... 105 6.1.4. Vertikalni strug ili karusel ................................................................. 106 6.1.5. Revolver strug ................................................................................... 108 6.1.6. Automatski strugovi .......................................................................... 110 6.1.7. Kopirni strugovi ................................................................................. 112 6.1.8. CNC strugovi ..................................................................................... 114 6.1.9. Opis i funkcije elemenata univerzalnih strugova .............................. 115 6.1.9.1. Glavno vreteno ..................................................................... 115 6.1.9.2. Elektromotori ....................................................................... 117 6.1.9.3. Suport ................................................................................... 118 6.1.9.4. Dra alata ............................................................................ 120 6.1.9.5. Nosa zadnjeg iljka ............................................................. 123 6.2. Builice ........................................................................................................... 124 6.2.1. Stolne builice ................................................................................... 124 6.2.2. Stubne builice ................................................................................... 125 6.2.3. Builice sa stalkom ............................................................................ 126 6.2.4. Radijalne builice .............................................................................. 130 6.2.5. Vievretene builice ........................................................................... 131 6.2.6. Koordinatne builice .......................................................................... 134 6.2.7. Builice sa horizontalnim glavnim vretenom .................................... 138 6.2.7.1. Kanon sistem ....................................................................... 139 6.2.7.2. Ejektor sistem ...................................................................... 140 6.2.7.3. STS sistem ........................................................................... 141 6.2.8. Agregatne builice ............................................................................. 142 6.2.9. Numeriki upravljane builice ........................................................... 143 6.3. Glodalice ........................................................................................................ 144 6.3.1. Podjela glodalica ............................................................................... 146 6.3.1.1. Horizontalne glodalice ......................................................... 148 6.3.1.2. Vertikalne glodalice ............................................................. 150 6.3.1.3. Univerzalne glodalice .......................................................... 152 6.3.1.4. Alatne glodalice ................................................................... 153 6.3.1.5. Portalne glodalice ................................................................ 153 6.3.1.6. Horizontalne glodalice-builice ........................................... 155 6.3.1.7. Numeriki upravljane glodalice .......................................... 156 6.3.1.8. Obradni centri ...................................................................... 158 6.3.2. Pribori za glodalice ............................................................................ 160 6.3.3. Podioni aparati ................................................................................... 162

6.4. Brusilice ......................................................................................................... 172 6.4.1. Brusilice za okruglo bruenje ............................................................ 173 6.4.1.1. Brusilice za vanjsko kruno bruenje .................................. 173 6.4.1.2. Brusilice za unutranju obradu ............................................ 179 6.4.1.3. Brusilice za bruenje bez iljaka .......................................... 181 6.4.2. Brusilice za obradu ravnih povrina .................................................. 183 6.4.3. Brusilice za profilno bruenje ............................................................ 187 6.4.4. Brusilice za otrenje alata .................................................................. 189 6.4.5. Brusilice za bruenje zavojnica ......................................................... 190 6.4.6. Univerzalne brusilice ......................................................................... 192 6.4.7. Numeriki upravljane brusilice ......................................................... 193 6.4.8. Razvojne tendencije brusilica ............................................................ 195 6.4.9. Pomoni sklopovi na brusilicama ...................................................... 196 6.4.9.1. Ureaj za uravnoteenje brusne ploe ................................. 196 6.4.9.2. Ureaj za oblikovanje brusne ploe .................................... 197 6.4.9.3. Stezni pribor ........................................................................ 198 7. MAINE SA GLAVNIM PRAVOLINIJSKIM KRETANJEM ............................. 200 7.1. Blanjalice ....................................................................................................... 200 7.1.1. Dugohodne blanjalice ........................................................................ 201 7.1.2. Kratkohodne rendisaljke-blanjalice ................................................... 203 7.2. Vertikalne rendisaljke-dubilice ...................................................................... 206 7.3. Maine za provlaenje-provlakaice .............................................................. 210 7.3.1. Provlakaice za unutranje provlaenje ............................................. 212 7.3.2. Provlakaice za spoljno provlaenje ................................................. 213 7.4. Maine za pravolinijsko testerisanje .............................................................. 215 8. ALATNE MAINE ZA IZRADU ZUPANIKA .................................................. 218 8.1. Izrada zupanika relativnim kotrljanjem ........................................................ 219 8.1.1. Izrada zupanika pojedinanom obradom meuzublja ..................... 219 8.1.2. Izrada zupanika relativnim kotrljanjem po metodi PFAUTER ....... 220 8.1.3. Alatne maine za izradu zupanika po metodi GLEASON ............... 225 8.1.4. Alatne maine za izradu zupanika po metodi FIAT MAMMANO . 227 8.1.5. Alatne maine za izradu zupanika po metodi (OERLIKON-

MAMANO ........................................................................................ 228 8.1.6. Alatna maina za izradu zupanika po metodi KLINGELNBERG .. 230 8.2. Izrada zupanika blanjanjem .......................................................................... 234 8.2.1. Izrada zupanika na dubilici .............................................................. 234 8.2.2. Izrada zupanika po metodi FELLOWS ........................................... 234 8.2.3. Izrada cilindrinih zupanika po metodi MAAG .............................. 238 8.2.4. Izrada koninih zupanika metodom OERLIKON ........................... 240 8.2.5. Izrada koninih zupanika po metodi BILGRAM ............................ 241 8.2.6. Izrada koninih zupanika blanjanjem po metodi GLEASON ......... 242 8.3. Savremene maine za izradu zupanika ......................................................... 244 8.4. Brusilice za bruenje zupanika ..................................................................... 245 8.4.1. Bruenje zupanika profilisanom brusnom ploom .......................... 245 8.4.2. Bruenje zupanika relativnim kotrljanjem ....................................... 247 8.4.2.1. Bruenje zupanika relativnim kotrljanjem po

metodi NIILES ..................................................................... 247 8.4.2.2. Bruenje zupanika relativnim kotrljanjem po

metodi MAAG ...................................................................... 247 8.4.2.1. Bruenje zupanika relativnim kotrljanjem po

metodi REISHAUER ............................................................ 248

Maine za obradu rezanjem Uvod.

1

1. U V O D

Uloga i poloaj koji zauzima tehnologija izrade i obrade, a posebno dio obrade odvajanjem estica u kompleksu savremene tehnologije proizvodnje, prikazana je na slici 1.1. Ovako irok dijapazon razliitih obrada uslovljen je injenicom da se vei dio mainskih elemenata teko ili uopte ne mogu obraditi drugim postupcima obrade (deformacijom, livenjem, sinterovanjem, itd). Na osnovu podatka da od ukupne proizvodnje na postupke obrade odvajanjem estica otpada najmanje 70% i da u svijetu oko 85% od svih alatnih maina, su zapravo alatne maine za obradu rezanjem, moe se zakljuiti da je ovo najvaniji proizvodni proces u proizvodnim sistemima bilo koje drave. Razvijen je veliki broj razliitih postupaka obrade odvajanjem estica (rezanjem) koje se mogu podijeliti na nekoliko naina, a svaki od njih u nekoliko skupina. Prema obliku otrice noa postupci obrade rezanjem se dijele na:

1. Postupke obrade sa definisanom geometrijom alata tokarenje (struganje), glodanje, rendisanje - blanjanje i dubljenje, buenje, provlaenje, sjeenje (pila), ozubljivanje, itd.

2. Obrada bez definisane otrice alata bruenje.

3. Obrade slobodnom otricom alata poliranje, honovanje, lepovanje, superfini, itd.

4. Obrade bez otrice alata elektroerozija, ultrazvuna obrada, obrada plazmom, rezanje vodenim mlazom, obrada laserom, itd.

Naime, brzi razvoj proizvodnih tehnologija znaajno je proirio obim i broj razliitih postupaka rezanjem, postavljajui sve novije i izdiferenciranije zahtjeve kako na alat, materijal, uslove rezanja tako i na alatnu mainu. Moe se zakljuiti da su osnovni elementi proizvodnih sistema:

Alatne maine, Rezni alati, Pribori, ureaji, mehanizmi i Obradak - izradak.

Alatne maine predstavljaju ureen skup meusobno povezanih elemenata i mehanizama koji, koristei energiju od pogonskog elektromotora u definisanom relativnom kretanju pokretnih elemenata (definisan odnos kretanja alata i obratka) zajedno sa reznim alatom pripremak prevode u izradak odgovarajueg oblika, dimenzija i tanosti.


2

Slika 1.1. Opti pregled tehnologija proizvodnje Napomena za sliku 1:

A - struganje, rendisanje, buenje, glodanje, provlaenje, ljutenje, grecanje, roliranje, bruenje, honovanje, superfini, rezna obrada oscilirajuim noem, rezna obrada ultrazvunim oscilacijama noa;

B - Struganje, glodanje, buenje, bruenje i struganje-glodanje (brzina VVBO >> Vkon); C - Lepovanje i glaanje, mlazom i umakanjem, poliranje, ultrazvuna obrada; D - Ultra zvuna obrada, obrada vodenim mlazom, E - Elektroluna erozija, elektroimpulsna erozija (EDM), erozija snopom elektrona; F - Eliziranje, polieliziranje, Sinking obrada, elktro-Shaping, galvanostegija i galvanoplastika, katodna obrada,

anodno odnoenje; G - Kemijsko poliranje, reljefna obrada nagrizanjem; H - Obrada laserom, plazmom itd.


3

Alatne maine za obradu rezanjem se mogu podijeliti na razliite naine. Najbitnija podjela je:

1. Prema obimu proizvodnje: maine za pojedinanu proizvodnju, maine za serijsku proizvodnju i maine za masovnu proizvodnju.

2. Prema tehnolokoj vrsti: konvencionalne alatne maine sa glavnim pravolinijskim kretanjem (rendisaljke,

maine za provlaenje, testere, i sl.), konvencionalne alatne maine sa glavnim obrtnim kretanjem (strugovi, glodalice,

builice, brusilice, maine za honovanje, superfini, lepovanje, itd.) i maine za nekonvencionalne postupke obrade (laseri, erozimati, itd.).

3. Prema nainu upravljanja: maine sa runim upravljanjem, maine sa mehanikim upravljanjem, maine sa kopirnim upravljanjem, maine sa numerikim upravljanjem i maine sa adaptivnim upravljanjem.

4. Prema vrsti pogona tj. vrsti energije primjenjene za upravljanje: maine sa elektrinim pogonom, maine sa hidraulinim pogonom, maine sa pneumatskim pogonom i maine sa kombinovanim pogonom.

Razvijeno svjetsko trite danas se suoava s brzim i neprestanim promjenama koje se ogledaju u dinamici velike ponude novih i raznovrsnih proizvoda, njihovom brzom zastarijevanju, visokim zahtjevima kupaca za kvalitetom i pristupanim cijenama. U takvim uslovima globalne trine konkurencije imperativ je brzo, jeftino i kvalitetno izraen proizvod, to zahtjeva definisanje i izvoenje optimalnog procesa obrade. Prema tome, sa aspekta ekonominosti postupaka, glavni ciljevi svih obrada su poveanje dimenzionalne preciznosti i povrinske

cjelovitosti kvaliteta proizvoda uz istovremeno poveanje brzine uklanjanja materijala (strugotine), kao i smanjenje vremena rada po jedinici proizvoda, smanjenje troenja alata i utroka pogonske energije. Ovi faktori su uvijek bili vani i ostaju veoma bitni za sadanju konkurentnu industriju kao i za automatskuproizvodnju. Naime, definiui osnovne ciljeve obrada (poveanje proizvodnosti, poveanje kvaliteta proizvoda i smanjenje proizvodnih trokova), a kroznjih i sredstva za njihovo ostvarivanje, moe se uspostaviti meusobni neprekidni lanac spiralnog razvoja proizvoda ili industrija, razvoja tehnologija za izradu odreenog proizvoda i razvoja alatnih maina (slika 1.2).

Slika 1.2. Spirala razvoja proizvoda-tehnologije-alatne maine u industriji prerade metala


4

Ne pretendujui na istorijsku analizu nastanka pojedinih proizvoda i industrija, bitno je istaknuti odreene istorijske korelacije izmeu proizvoda, tehnologija i alatnih maina.

U Evropi je snaan uticaj na razvoj alatnih maina imala parna maina i njena iroka primjena kao pogonskog sistema, npr. u fabrikama tekstilne industrije, transportnih sredstava i dr.

Kao drugi primjer proizvoda, je proizvodnja bicikla koji se u drugoj polovini 19. vijeka proizvodio u koliinama od 700.000 godinje u SAD. Ovaj proizvod je uticao na pojavu industrije leajeva, kao i alatnih maina za izradu koninih zupanika po sistemu Bilgram (1884).

Trei primjer je automobil i odgovarajue industrije tj. tehnologije za proizvodnju. Osnovna ideja H. Forda je standardizacija dijelova i modela, ime je ostvarena relativno jeftina masovna proizvodnja. On uvodi pokretne trake 1913. godine i vrijeme montae smanjuje na jednu etvrtinu. To dovodi do snienja cijena automobila i poveanje proizvodnje, (1925. godine je proizvodio dva miliona automobila godinje). U toku razvoja automobilske industrije nastao je itav niz alatnih maina. Tako je za zavrnu obradu bruenjem koljenastih vratila 1903. godine napravljena brusilica za vanjsko bruenje, koja je vrijeme obrade svela sa 5 asova na 15 minuta. Obrada cilindara motora, koja se izvodila proirivanjem, razvrtanjem i glaanjem, zamijenjena je unutranjim bruenjem (1905. godine) i mogla se ostvariti paralelnost od 0,006 mm. 1922. godine je razvijena maina za bruenje bez iljaka, koja je takoer uticala na znaajno smanjenje vremena obrade sitnih dijelova u masovnoj proizvodnji. Za proizvodnju karoserija automobila razvile su se maine za valjanje lima, tehnologija za obradu dubokim izvlaenjem, prosijecanjem i probijanjem, te maine za te obrade.

Razvoj avionske industrije, a tim i sve sloenijih dijelova, doveli su do pojave numerikih upravljanih alatnih maina (1950. godina). Od tada numeriki upravljane alatne maine tj. sistemi imaju dominantan uticaj u industriji. Ovaj koncept proiruje primjenu i na druge grane industrije, sa izrazitom prednou za proizvodnju u malim serijama dijelova sloenije konfiguracije i visoke tanosti. U tabeli 1.1. je dat hronoloki pregled razvoja upravljakih sistema alatnih maina.

Tabela 1.1. Pregled razvoja upravljakih sistema alatnih maina

1808. god. Joseph M. Jacquard koristi metalnu traku za upravljanje tkalakim strojevima 1949-52. god John Perason i M.I.T. izrada prvog elektronskog upravljanja alatnom mainom 1954. god. Serijska proizvodnja NC alatnih maina 1972. god. Prvi CNC sistemi 1984. god. Prva maina sa grafikim prikazom obrade na ekranu 1986/87 god. Stvoreni uslovi za povezivanje maina koncept CIM

Na osnovu ovog kratkog pregleda nastanka pojedinih alatnih maina za obradu skidanjem strugotine (rezanjem) moemo zakljuiti da su u prvom periodu proizvodene univerzalne alatne maine sa mogunostima izrade zavojnih povrina. Slijedea faza razvoja alatnih maina je bila pojava specijalnih maina za pojedine operacije koje su se izvodile na jednom proizvodu, da bi se u narednom periodu razvili sistemi sa koncipiranom manipulacijom materijala (sirovine). To su automati. U prvom periodu automati su po pravilu razvijeni za obradu sitnih dijelova iz ipkastog materijala, tako to je punilac materijala bio sastavni dio maine. Prelaskom na proizvode veih dimenzija (npr. prelaskom na izradu dijelova automobila ili poljoprivrednih maina) sa veim brojem operacija, projektuju se sistemi, kod kojih je izvrena koncentracija operacija (npr. vievretene builice), a koji su meusobno povezani transportnim sredstvima (transfer linije). Naredna faza razvoja koncepta alatnih maina je koncentracija razliitih vrsta


5

obrade, kao to su: buenje, glodanje, struganje, izrada navoja itd. kao i automatsko rukovanje kompleksom alata. Ovo su tzv. funkcionalne maine ili obradni centri. Njihova karakteristika je visoka tehnoloka fleksibilnost sa visokim stepenom automatizacije primjenom numerikog i raunarskog upravljanja. Razvojem ovakvih alatnih maina formiraju se fleksibilni tehnoloki sistemi sa raunarskim upravljanjem da bi se sistem proirio na integralni proizvodni sistem. Danas imamo sve veu primjenu industrijskih robota koji predstavljaju elemenat povezivanja alatnih maina, a izvravaju funkciju manipulacije materijalom, alatom i obraenim komadima.

Posebno, pronalazak novih materijala za rezne alate sa kojima se mogu realizovati sve vee i vee brzine rezanja, dovela su do razvoja novih konstrukcionih rjeenja alatnih maina u cjelini, kao i njihovih elemenata, ureaja i mehanizama. Ovdje se prije svega misli na glavna vretena, pogonske mehanizme i mehanizme pomonih kretanja (snaga, obrtni momenti i brojevi obrtaja). Da bi se obezbjedila odgovarajue (poveane) brzine rezanja za nove rezne materijale, bilo je neophodno razviti nova rjeenja uleitenja glavnih vretena sa mnogo veim brojem obrtaja i mogunostima prihvatanja veih optereenja. Prema tome, razvoj novih (kvalitetnijih) materijala za rezne alate je stvorio nov i cjelovit pristup u dizajniranju alatnih maina i obradnih sistema. Najznaajniji zahtjevi u dizajniranju novih alatnih maina su:

poveanje snage i broja obrtanja glavnog vretena, kontrola temperature glavnog vretena, automatska kompenzacija istroenja alata (unos korekcije za alate, nadzor nad istroenjem i

lomom alata, itd), automatski transport i izmjena alata, obradaka i pribora, optimiranje reima obrade uz simulacija tehnolokog procesa, ienje i odvod odvojenih estica (pranje, suenje i hlaenje obradaka, optimiranje reima

obrade, simulacija tehnolokog procesa, itd), preventivno odravanje uz dijagnosticiranje i signalizaciju s jasnim tekstom opisa smetnji, razvoj novih tehnologija, itd.

Istovremeno, poveani su i zahtjevi u pogledu tanosti izrade proizvoda. Na slici 1.3 data je promjena tanosti obrade dijelova od vremena pronalaska Wattove parne maine do danas.

Slika 1.3. Promjena tanosti obrade dijelova

Velika oekivanja u daljem napretku proizvodnog inenjerstva usmjerena su prvenstveno prema visokobrzinskim tehnologijama (struganje, glodanje, buenje, bruenje, struganje-glodanje) koje su u posljednjih desetak godina postale kljune tehnologije obrade odvajanjem estica i znaajno


6

su potisnule tehnologije konvencionalnih obrada. Meutim, instaliranje ovih tehnologija trai prikladne i visokoproduktivne obradne sisteme, uz maksimalnu fleksibilnost i modularnost, a rade se kao:

a) Alatne maine na bazi paralelnih kinematskih struktura

Velika veina alatnih maina su konstruisane sa jednom ili viestruko zatvorenom sloenom kinematikom strukturom, slika 1.4. Ovakvi modeli se intenzivno istrauju i razvijaju na institutima irom svijeta (Achen, Chemnitz, Milano, MIT-USA, ...). Pored prednosti koje imaju usljed smanjenih masa pokretnih dijelova a time i mogunosti veih ubrzanja, paralelne

kinematike strukture imaju identine pogonske elemente, pa je mogue, kao i kod 5-osnog glodanja koristiti 5 ili 6 istih pogona. Veliki broj stepeni slobode kretanja omoguuje alatu zauzimanje optimalnog poloaja u odnosu na obraivanu povrinu. Rezultati dosadanjih istraivanja upuuju, da bi obradne maine paralelne kinematike strukture, u kombinaciji sa visokobrzinskom obradom, mogli ostvariti znaajna tehnoloka poboljanja pri obradi odreenog spektra dijelova (kalupa, alata, ukovnja, prototipova).

Slika 1.4. Struktura modularnog fleksibilne maine sa 5 stanica

b) Alatne maine s linearnim i torque (momentnim) motornim posminim pogonima

Linearni i torque ili obrtni motori, su nove ciljne veliine inovativne gradnje modernih komponenata alatnih maina. Za posmina kretanja modernih visokobrzinskih maina, danas se sve ee upotrebljavaju pogoni sa direktnim linearnim motorima (slika 1.5) integriranim u konstrukciju posminih osa, dok se za voenje upotrebljavaju profilisane vodilice sa valjnim elementima. Torque motori, sa nazivnim momentom od 45 do 7000 Nm su nastali postavljanjem linearnih motora na kruni vijenac. Na ovaj nain dobiven je dinamian sinhroni motor za zahtjevnija dinamika rotaciona kretanja. Ovi pogoni bez zranosti, bez troenja zupanika i punih prijenosa omoguuju ponudu visokobrzinskih komponenata nove generacije produenog vijeka trajanja.

Slika 1.5. Direktni pogon sa linearnim motorom


7

c) Alatne maine sa visokobrzinskim radnim vretenima

Pogoni modernih alatnih maina sve ee se baziraju na direktnim pogonima integriranim u strukturu maine motorvretena, slika 1.6. Osovina motorvretena je ujedno i glavno vreteno alatne maine u kojoj je integrirana vuna poluga sistema za prihvat alata, slika 1.7.

Slika 1.6. Glavno vreteno sa integriranim motorom - motorvreteno

Slika 1.7. Prikaz HSK sistema stezanja alata

d) Modularna gradnja alatnih maina

U projektovanju i proizvodnji alatnih maina postavljaju se visoki zahtjevi u pogledu tanosti, kvaliteta i pouzdanosti.To utie na poveanje sloenosti obradnih sistema, a jedini koncept koji bi mogao odgovoriti na sve zahtjeve koji se postavljaju pred savremene obradne sisteme je modularni koncept gradnje maina. Moduli su cjeline za realizaciju odreenih kretanja i drugih funkcija. Moduli se izrauju u veim serijama, a zatim se u razliitim kombinacijama dobijaju razliite maine u malom broju komada. Polazei od prethodnih tvrdnji, mogu se izvesti sledei zakljuci: potrebno je razviti sistem vienamjenskih cjelina maina, modula, iz kojih je mogue

formirati razliite strukture obradnih sistema, razliitih stepena automatizacije, strukture obradnih sistema bi se formirale prema tehnologijama potrebnim za obradu

odreenih spektara dijelova, nie cijene alatnih maina, jer moduli, komponente ili dijelovi, mogu biti isti ili tehnoloki

slini (bitno se poboljavaju osnovne pretpostavke za rentabilnu i ekonomski stabilnu proizvodnju


8

moduli se izrauju u veim serijama, a zatim se u razliitim kombinacijama dobijaju razliite maine u malom broju komada.

Model obradnog sistema je definisan kao mainski sistem sa obradnim procesom, koji su u meusobnoj vezi preko skupa ulaznih faktora X(t) i skupa izlaznih faktora Y(t), slika 1.8..

Slika 1.8. Osnovni model obradnog sistema

Alatne maine, kao skup modula se dobijaju sastavljanjem modula saglasno kinematskoj strukturi konkretne maine za obradu rezanjem, slika 1.9.

a) runo upravljana glodalica b) obradni centar EMCO

Slika 1.9. Osnovni moduli obradnih sistema

Uporedo sa razvojem alatnih maina tekao je i razvoj automatizacije (upotreba elektronike) a time i racionalnijih metoda proizvodnje kao i primjena novih tehnologija.

e) Razvoj novih tehnologija

Nove tehnologije obrade ine postupci odvajanja estica materijala bez djelovanja mehanikih sila. Veina ovih postupaka je prihvaena i ima veliku primjenu u industriji. Primjenjuju se za operacije kod kojih su konvencionalni postupci obrade neekonomini ili ih nije mogue primijeniti u sljedeim specifinim uvjetima:

u obradi vrlo tvrdih i ilavih materijala, za postizanje zahtjevnijeg kvaliteta obraene povrine, kod izrade sloenih oblika predmeta, itd.

Kod novih postupaka obrade, odvajanje estica materijala se izvodi koritenjem razliitih oblika energije pa je, na osnovu ovoga, izvedena i njihova podjela na slijedee vrste:


9

1. Mehanike (ultrazvuna obrada, obrada vodenim mlazom, obrada smjesom abrazivnih zrnaca i vode, obrada abrazivnim mlazom) odvajanje materijala obratka pomou velike brzine mlaza fluida, sa ili bez brusnih zrnaca.

2. Elektrine (elektrohemijska obrada, elektrohemijsko skidanje ivica, elektrohemijsko bruenje) elektrokemijska energija odstranjuje materijal.

3. Toplotne (elektroerozija, elektroerozija s icom, elektronskim snopom, laser, slika 1.10, mlaz plazme) toplotna energija, koja se dovodi na mali dio povrine obratka, odstranjuje materijal topljenjem ili/i isparavanjem.

4. Hemijske (fotohemijska obrada, hemijsko glodanje, sjeenje i graviranje) hemijska kiselina, koristei zatitne maske, selektivno odstranjuje materijal obratka.

Slika 1.10. Llaserski stroj s CNC upravljanjem

Karakteristina je i tehnologija rapid prototyping, slika 1.11 ili Layered manufacturing ili Generic manufacturing. Iako se ova tehnologija jo uvijek koristi za izradu prototipova, danas je ve poela primjena i kod proizvodnje u manjim serijama. Nedostatak im je jo uvijek visoka cijena opreme, ogranien broj materijala koji se mogu uspjeno koristiti, mehanika svojstva izratka, itd.

Slika 1.11. Rapid prototyping

Na osnovu ovog kratkog pregleda moe se zakljuiti da su se desile i da se deavaju vrlo znaajne promjene u konstrukciji alatnih maina to dovodi do stalnog poboljanja njihovih eksploatacionih i proizvodnih karakteristika.


10

Prema tome porast produktivnosti ostvarivao se i ostvaruje:

pronalaskom novih maina za nove operacije ili nove tehnologije, koncepcijsko konstruktivnim razvojem postojeih maina i prevoenjem izrade dijelova ili proizvoda iz jedne u drugu tehnologiju.

Za analizu koncepcijsko konstruktivnog razvoja alatnih maina polazi se od:

koncepta alatne maine, konstrukcije sklopova, sistema materijala, energetskog sistema i sistema upravljanja.

Moe se zakljuiti da je koncept alatne maine viedimenzionalni problem, posebno ako se alatna maina posmatra u zavisnosti od njene fleksibilnosti.

Maine za obradu rezanjem Koncepcijske varijante alatnih maina

11

2. KONCEPCIJSKE VARIJANTE MAINA ZA OBRADU REZANJEM

Prema namjeni, fleksibilnosti i drugim zadatim karakteristikama, alatnu mainu je potrebno projektovati, konstruisati, proraunati, izraditi odgovarajuu tehniku dokumentaciju, propisati nain izrade, obrade, kontrole, montae, zatim sastavne dijelove izraditi i sastaviti u cjelinu, ispitati je, pustiti u pogon, brinuti se za pravilno rukovanje, redovno je odravati i pravovremeno zamjenjivati dotrajale djelove. Pri tome njen rad mora biti pouzdan i primjeren za upravljanje i upotrebu a njena izrada i eksploatacija to ekonominija. Za provedbu tako kompleksnog sklopa aktivnosti potrebna je organizovana saradnja znanstvenika, istraivaa, inenjera, tehniara, visokokvalificiranih radnika iz razliitih podruja mainstva.

Svaka alatna maina je sastavljena od odreenog broja dijelova, koji su skladno povezani u cjelinu, pri emu svaki dio obavlja tano odreenu ulogu. Na toj osnovi, svaka alatna maina se moe ralaniti na mainske dijelove, sklopove, grupe mainskih dijelova i elemente.

Mainski dio je osnovni dio maine, koji obavlja odreenu funkciju skupa s drugim osnovnim dijelovima (vijak, matica, zakovica, cijev, vratilo, osovina, opruga, zupanik, itd.). Mainski dio nije mogue rastaviti na jednostavnije dijelove.

Sklop maine je povezan skup vie mainskih dijelova, koji obavlja odreenu funkciju u sastavu maine (ventil, razni mehanizmi za zaustavljanje, itd.).

Grupa je povezani skup mainskih sklopova i dijelova, koji obavljaju skupnu funkciju (motor, zupasti mjenja, naprava za dizanje tereta, itd.).

Element maine je mainski dio ili sklop ili grupa, koji kod razliitih maina obavlja odreene elementarne, osnovne funkcije. Element maine moe biti mainski dio (opruga, osovina, vratilo, itd.), ali isto tako i mainski sklop ili grupa (spojka, konica, kotrljajui leaj, itd.).

Oblik i dimenzije dijelova alatnih maina zavise od brojnih zahtjeva koji moraju zadovoljiti. Najvaniji su slijedei:

zahtjevi funkcionalnosti i namjene, zahtjevi radne sposobnosti, zahtjevi proizvodnosti i zahtjevi ekonominosti.

a) Zahtjevi funkcionalnosti i namjene kao osnovni zahtjev, odreuju oblike i dimenzije mnogih dijelova i specifian je za svaku mainu i za svaki njen dio. Oblik mainskih dijelova je esto vezan za nain njihovog kretanja (kruno kretanje cilindrini oblik, pravolinijsko kretanje ravne povrine, pretvaranje pravolinijskog kretanja u kruno vijani oblik, itd.), dok su dimenzije vezane za pripadajua optereenja. Takoer, dijelovi razliitih mehanizama imaju oblike i dimenzije, koji su odreeni s obzirom na eljenu kinematiku kretanja (krivajni mehanizmi, runi mehanizmi, zupasti mehanizmi, itd.).

b) Zahtjevi radne sposobnosti. Mainski dijelovi trebaju imati dovoljno veliku vrstou i krutost, da bi u radu mogli podnositi sva optereenja i druge utjecaje bez trajnih deformacija ili loma. Kontaktne povrine se ne smiju pretjerano troiti, treba izbjei neeljene vibracije, zagrijavanje, itd.


12

c) Zahtjev proizvodnosti skupa sa zahtjevima montae znaajno utjeu na oblike mainskih dijelova. Mainski dio, predvien za obavljanje odreene funkcije, ima razliite oblike i dimenzije, obzirom na postupak izrade (na primjer, dijelovi u cjelosti izraeni postupkom obrade odvajanjem estica, ili izraeni od lijevanog ili kovanog poluproizvoda, zavareni, itd. e imati razliite oblike i dimenzije).

d) Zahtjevi ekonominosti su u savrenenoj mainogradnji iznimno vani, jer konkurencija nalae to jeftiniju izradu i eksploataciju svake maine. Zato oblici mainskih dijelova moraju biti to jednostavniji, a sve to poveava trokove proizvodnje mora biti opravdano poboljanim svojstvima alatne maine, duim vijekom trajanja, veim stepenom pouzdanosti, itd. U tome, standardizacija ima odluujui uticaj na zahtjev ekonominosti, tako da upotreba standardiziranih elemenata i pravila bitno utie na snienje trokova proizvodnje tj. cijene alatne maine.

2.1. STRUKTURNO KONCEPCIJSKE EME ALATNIH MAINA ZA OBRADU REZANJEM

Alatne maine obezbjeuju izradu i obradu dijelova razliitih oblika i dimenzija, poev od najednostavnijih (vratila, osovinica, ahura, itd.) do najsloenijih (lopatice turbine, bregovi i sl). Upravo ova injenica uslovljava pojavu alatnih maina razliitih po obliku, strukturi, konstrukciji, dimenzijama, eksploatacijskim karakteristikama i namjeni.

S obzirom na mogunosti kretanja alata i obratka (bez obzira da li je ono obrtno ili pravolinijsko), alatne maine se sa aspekta strukturno koncepcijske varijante dijele na:

Alatne maine sa prostom koncepcijskom varijantom, Alatne maine sa sloenom koncepcijskom varijantom i Alatne maine sa kombinovanom koncepcijskom varijantom.

a) Alatna maina sa prostom koncepcijskom varijantom se naziva ona maina kod koje se ostvaruje samo jedno kretanje; ili obrtno ili pravolinijsko. Na slici 2.1a prikazana je strukturna ema maine sa prostom koncepcijskom varijantom na kojoj se vri jedno obrtno kretanje. Od elektromotora 1 se obrtanje prenosi preko prijenosnika 2 do glavnog vretena maine 3. Na slici 2.1b prikazana je strukturna ema maine sa prostom koncepcijskom varijantom na kojoj se vri jedno pravolinijsko kretanje (maina za provlaenje). Ovdje se od elektromotora 1 obrtanje prenosi preko prijenosnika 2 do zavojnog vretena 3. Vezom zavojno vreteno navrtka se obrtno kretanje zavojnog vretena pretvara u pravolinijsko kretanje klizaa 4 tj. nosaa alata.

a) b) Slika 2.1. Strukturna ema alatne maine sa prostom komcepcijskom varijantom: a) sa jednim obrtnim kretanjem, b) sa jednim pravolinijskim kretanjem


13

b) Alatna maina sa sloenom koncepcijskom varijantom se naziva ona maina kod koje se istovremeno ostvaruje vie razliitih kretanja. Na slici 2.2 prikazana je strukturno koncepcijska ema ovakve maine sa jednim obrtnim i jednim pravolinijskim kretanjem (brusilica za vanjsko okruglo bruenje ili univerzalni strug). Pomou elektromotora 1 i prijenosnika 2 ostvaruje se obrtanje glavnog vretena 3 (glavno kretanje GK). Istovremeno, pomou kinematske veze izmeu prijenosnika 4 i zavojnog vretena 5, ostvaruje se pravolinijsko kretanje nosaa alata 6 (pomono kretanje PK).

Slika 2.2. Strukturna ema alatne maine sa sloenom koncepcijskom varijantom sa jednim obrtnim i jednim pravolinijskim kretanjem

c) Alatnom mainom sa kombinovanom koncepcijskom varijantom naziva se ona maina kod koje postoje dva sistema: jedan sistem sa prostom koncepcijskom varijantom i jedan sistem sa sloenom koncepsijskom varijantom, ili pak maina sa vie od dvije proste ili sloene koncepcijske varijante. U zavisnosti od karaktera kretanja alata i obratka (pravolinijsko ili obrtno) i sa kombinovanjem prostih i sloenih koncepcijskih varijanti, mogue je ostvariti itav niz razliitih struktura alatnih maina. Na slici 2.3 prikazana je strukturna ema brusilice za profilno bruenje ablona. Ova maina ima tri kinematske grupe sa ukupno etiri razliita kretanja; jedno obrtno i tri pravolinijska.

Slika 2.3. Strukturna ema alatne maine sa kombinovanom koncepcijskom varijantom

Alatna maina sa sloenom ili kombinovanom varijantom moe imati razliita koncepcijska rjeenja pri istoj namjeni, u zavisnosti od toga kakve su uloge dodijeljuju radnom predmetu i alatu u pogledu izvoenja osnovnih kretanja. Dalje koncepcijske varijante mogu se postii variranjem broja vretena, broja istovremeno obraivanih radnih predmeta, broja istovremeno obraivanih povrina, itd. Pri analiziranju moguih razliitih koncepcijskih varijanti izrade alatne maina treba uzeti u obzir i mogunosti stezanja obraivanog radnog predmeta, to u izvjesnim sluajevima ovo smanjuje broj moguih kombinacija.


14

2.2. RELATIVNA KRETANJA ALATA I PREDMETA NA MAINAMA ZA OBRADU REZANJEM

Da bi se radni komad (mainski element) izradio projektovanom: tanou dimenzija, oblika i kvaliteta obraene povrine neophodno je da rezni alat i obradak ostvaruju kontrolisana relativna kretanja (osnovni uslov obrade rezanjem). Ta kretanja su:

a) Glavno kretanje (rezno kretanje) vc ovo kretanje moe biti jednoliko kontinuirano kretanje (npr. kruno kretanje kod struganja), ili nejednoliko diskontinuirano kretanje (npr. blanjanje).

b) Pomono kretanje (posmino kretanje) vf ovo kretanje moe biti kako kontinuirano (struganje) tako i diskontinuirano (blanjanje) i

c) Dostavno kretanje (dubina rezanja) to je jednokratno kretanje, koje nije neophodno ako je dubina rezanja ve postavljena u geometriji radnog komada ili alata (npr. ukopavanje lijeba na strugu).

Na alatnim mainama, za ostvarivanje glavnog i pomonog kretanja (brzina rezanja i brzina pomonog kretanja) postoji pogon, prijenos i mogunost regulacije broja obrtaja ili brzine kretanja izvrnih organa maine. Da bi se posmino i dostavno kretanje moglo kontrolisano izvriti, alatna maina za rezanje mora biti opremljena i ureajima za mjerenje i podeavanje.

Na slici 2.4 su prikazana mogua kretanja tijela u prostoru koji moe imati est stepeni slobode kretanja. Poznato je da su to tri translacije u pravcu X, Y i Z osa i tri rotacije oko X, Y i Z osa.

Slika 2.4.. Kretanje predmeta u smjeru i oko X, Y i Z osa

Na primjerima alatnih maina za obradu konvencionalnim postupcima obrade sa jednosjenim i viesjenim alatima definisane i nedefinisane rezne geometrije e se pojasniti relativna kretanja alata i obratka.

2.2.1. Struganje

Radni komad je stegnut u samocentrirajuu steznu glavu, a alat je postavljen u dra noa (slika 2.5). Radni komad vri glavno rotirajue kretanje, a alat pomono-posmino kretanje. Dubina rezanja unutar odreenih granica se postavlja pomjeranjem noa okomito na pravac posmaka.


15

Slika 2.5. Glavna i pomona kretanja pri struganju: 1- uzduno struganje, 2- popreno struganje, 3-kopirno struganje (G glavno kretanje, P pomono kretanje, D dostavno kretanje)

Kod buenja na strugu radni komad (slika 2.6) se privruje u samocentrirajuu steznu glavu i vri rotirajue glavno kretanje. Burgija uvrena u pinoli nosaa iljka vri posmino kretanje. Ovdje je dubina rezanja odreena prenikom burgije.

Slika 2.6. Buenje na strugu

2.2.2. Buenje

Kod buenja na builici (slika 2.7) radni komad je privren na sto za stezanje. Alat (burgija) sa morze konusom ili cilindrina uvrena je u radno vreteno. Nakon postavljanja, sto sa radnim komadom e biti fiksan, tako da se za vrijeme buenja ne moe kretati. Kod veine builica alat vri rotirajue glavno kretanje i istovremeno pravolinijsko pomono - posmino kretanje. Dubina rezanja odreena je prenikom burgije.

Slika 2.7. Radijalna builica (G glavno kretanje, P pomono kretanje)


16

2.2.3. Glodanje

Na univerzalnoj glodalici (slika 2.8) radni komad se uvrsti na sto, a glodalo je postavljeno na glavno vreteno. Alat vri rotirajue glavno kretanje, radni komad vri pravolinijska pomona-posmina kretanja. Sa vertikalnom translacijom stola radni komad se moe postaviti na odgovarajuu visinu, a takoe se podeava i dubina rezanja. Horizontalno popreno kretanje je dostavno kretanje, kojim se radni komad dovodi na tano odreeno mjesto ispod glodala.

Slika 2.8. Vertikalna glodalica

Na maine za glodanje, buenje i proirivanje otvora (horizontalna builica glodalica), slika 2.9 radni komad je stegnut na sto, koji se sa saonicama moe uzduno i popreno kretati. Ovim saonicama mogu se u horizontalnoj ravni realizovati sva posmina i dostavna kretanja. Ako su saonice, povrh toga izvedene sa okretnim radnim stolom, tada radni komad moe biti obraivan sa vie strana pomou rotirajueg dostavnog kretanja. No je uvren u posebni dra za privrivanje, koji je stegnut u glavno vreteno. Glavno vreteno se sa prijenosnikom za glavno kretanje nalazi na saonicama za buenje, koje u vertikalnom pravcu mogu obezbijediti kako dostavno tako i posmino kretanje. Glavno vreteno se moe i aksijalno izvlaiti i uvlaiti. To takoe moe biti posmino ili dostavno kretanje.

Slika 2.9. Horizontalna builica glodalica (1-postolje, 2- voice saonica glavnog pogona, 3- glavni pogon, 4- glavno vreteno, 5- nosa stola sa saonicama izvedenim za uzduno i popreno kretanje, 6- podupira glavnog vretena)


17

2.2.4. Bruenje

Ravno bruenje, isto kao i glodanje, se moe izvoditi na horizontalnim i vertikalnim mainama. Kod horizontalne brusilice za ravno bruenje (slika 2.10.) radni komad je stegnut na sto koji, kreui se lijevo - desno, vri uzduno pomono-posmino kretanje. Brusna ploa tocilo vri kruno glavno kretanje i dobiva kontinuirano ili periodino popreno posmino kretanje. Vertikalnom translacijom brusne ploe vri se podeavanje dubine rezanja.

Slika 2.10. Horizontalna brusilica za ravno bruenje (G glavno kretanje, P pomono kretanje, D dostavno kretanje)

Kod okruglog bruenja razlikujemo bruenje bez iljaka i bruenje izmeu iljaka. Slika 2.11. prikazuje brusilicu za okruglo bruenje pri emu je bruena osovina postavljena izmeu centriranih iljaka. Brusna ploa vri kruno glavno kretanje i paralelno sa bruenom osovinom uzduno posmino kretanje. Lagano kruno kretanje bruene osovine daje neophodno kruno posmino kretanje. Premjetanjem brusne ploe sa glavnim pogonom okomito na sredinju liniju osovine, ostvaruje se dostavno kretanje i ujedno diskontinuirano kretanje za dubinu rezanja.

Slika 2.11. Tlocrt brusilice za okruglo bruenje sa bruenom osovinicom upetom izmeu iljaka

2.2.5. Blanjanje (rendisanje)

Kod blanjalica treba napraviti razliku izmeu kratkohodnih i dugohodnih maina. Kod kratkohodnih blanjalica (rendisaljke) (slika 2.12.) alat vri pravolinijsko glavno kretanje. Radni komad, stegnut na sto, vri pravolinijsko-posmino kretanje u horizontalnom smjeru. Kroz vertikalnu translaciju nosaa alata, podeava se dubina rezanja. Za dovoenje na potrebnu visinu radnog komada, slui sto i njegovo vertikalno dostavno kretanje. Kod dugohodnih blanjalica radni komad vri glavno kretanje a alat pomono


18

Slika 2.12. Blanjalice Rendisaljke

2.2.6. Provlaenje

Izvodi se na alatnim mainama, provlakaicama, pri emu je glavno kretanje pravolinijsko kontiunirano i izvodi ga alat. Posmino kretanje nije potrebno u veini sluajeva. Ukoliko se obrauju zavojni utori, posmino kretanje je kruno kontinuirano.

Slika 2,13. Provlakaice


19

2.3. Koordinatni sistemi i pravci kretanja na CNC alatnim mainama

Za potrebe numeriki upravljanih maina su definisane norme (ISO 841) za nazivne pravce kretanja alata odnosno radnog predmeta. Ovi standardi su neophodni, da bi pospjeili jednoobraznost kod programiranja numeriki upravljanih alatnih maina.

Polazi se od desnorunog i desnookretnog koordinatnog sistema sa X, Y i Z osom. Ovaj koordinatni sistem podeen je za glavno voenje maine, tj. mogua kretanja alata i/ili radnog komada (slika 2.14). To je pojanjeno u postavljanju komada na slikama od 2.15 do 2.20. Smjer Z ose uvijek se poklapa sa glavnim kretanjem maine.

Kod programiranja se polazi od toga, da se alat kree u odnosu na zamiljeni mirujui radni komad. Da li je smjer pozitivan ili negativan, temelji se na sljedeem kriterijumu: alat se kree u pozitivnom smjeru, ako se odstojanje izmeu radnog komada i alata poveava.

Rotacije oko X, Y i Z ose e biti respektivno oznaene sa A, B i C. Smjer rotacije je pozitivan kada se rotacija, gledajui u pozitivnom smjeru ose poklapa sa kretanjem kazaljke na satu.

Slika 2.14. Poloaj osa kod CNC alatnih maina za translaciju i rotaciju

Kada su prisutne posebne mogunosti kretanja koja su paralelna sa X, Y ili Z osom, tada se oznaavaju respektivno sa U, V i W. Smjerovi se poklapaju sa smjerovima X, Y i Z osa (vidi sliku 2.16 b). Mogunosti kretanja koja lee blizu radnog komada oznaavaju se sa X, Y i Z.

Slika 2.15. CNC i univerzalni strug


20

a) b) Slika 2.16. Strugovi: a) revolver strug, b) karusel ili vertikalni tokarski stroj

Ako se raspolae sa jo vie mogunosti kretanja paralelnih sa X, Y i Z osom, onda se obiljeavaju respektivno sa P, Q i R (vidi sl. 2.16 b).

U prethodnom razmatranju pretpostavljeno je da radni komad miruje. Ako se radni komad kree, tada e se kod kretanja u pozitivnom smjeru za usvojeni koordinatni sistem, odstojanje izmeu radnog komada i alata smanjivati. Zato je ovdje pozitivan pravac suprotan od onog, kod usvojenog koordinatnog sistema. U ovom sluaju e pravac kretanja radnog komada biti oznaen akcentom (vidi sl. 2.17. b).

a) b) Slika 2.17. Glodalice: a) horizontalna glodalica, b) vertikalna glodalica

Slian dogovor vrijedi za mogunosti rotacije radnog komada (vidi slile 2.15. i 2.16.). Na narednim slikama su prikazane ematski razliite maina za obradu sa obiljeenim pravcima kretanja alata ili radnog predmeta.

Slika 2.18. Obradni centri


21

a) b)

Slika 2.19. Brusilice: a) za okruglo bruenje, b) alatna brusilica

a) b) Slika 2.20. Blanjalice: a) dugohodna blanjalica b) kratkohodna blanjalica

Pri projektovanju i proizvodnji alatnih maina postavljaju se visoki zahtjevi u pogledu tanosti, kvaliteta, pouzdanosti, ekonominosti, fleksibilnosti, itd. Kao dio odgovora na ove zahtjeve danas se na tristu nalaze maine sa mogunou kretanja alata tokom obrade po pet i vie osa, slika 2.21.

Slika 2.21. 5-osna obrada


22

Primjena petoosne obrade je uticala na razvoj:

alatnih maina, upravljakih hardvera, upravljakih softvera i softvera za programiranje obrade mainskih dijelova kompleksne geometrije.

Danas je takvoj obradi neosporno pomogao ubrzani razvoj raunara i pratee tehnologije, razvoj elektronike koji je doprinjeo prizvodnjji kvalitetnih i veoma monih upravljakih jedinica. Takoer, na tritu se nudi veliki broj CAD programa koji su sve vie povezani (integrirani) s CAM programima, to krajnjem korisniku uveliko olakava put od ideje pa do gotovog obraenog dijela.

2.4. Osnovni elementi maina za obradu rezanjem

Bez obzira na razliite koncepcijske varijante alatnih maina, slika 2.22. i to s obzirom na namjenu, konstrukciju, vrste kretanja, nain upravljanja, stepen automatizacije, itd. mogu se izdvojiti slijedei glavni ili osnovni elementi konstrukcija alatnih maina:

a) pogonski sistemi (prijenosnici glavnog i pomonog kretanja), b) nosei sistemi (krevet, stub, stolovi, klizai, postolja, itd.) i c) sistemi voenja (voice, leajevi, itd.).

Slika 2.22. Alatne maine struktura

Pogonski sistemi glavnog obrtnog (slika 2.23a) ili glavnog pravolinijskog kretanja (slika 2.23b) obezbjeuju neophodne momente i brzine rezanja za nastanak procesa rezanja datog spektra materijala i dimenzija predmeta obrade. Pogonski sistemi pomonog kretanja obezbjeuju neophodne momente i brzine kretanja za nastavak procesa rezanja.


23

Slika 2.23. Alatne maine pogonski sistemi

Zavisno od koncepcijskog rjeenja i vrste alatne maine, pogonski sistemi glavnog i pomonog kretanja mogu biti zavisni ili nezavisni. Osnovni elementi pogonskih sistema pored elektromotora su prijenosnici koji obezbjeuju izmjenu parametara kretanja izvrnih organa alatnih maina (broja obrtaja, broja duplih hodova, koraka, brzine pomonog kretanja i sl.).

Pored navedenih, zajedniki elementi alatnih maina za obradu rezanjem su i:

Prijenosnici za promjenu smjera kretanja, Glavna vretena, Mjerni sistemi, Pomoni elementi (spojnice, vratila, poluge, navrtke, elastine ahure, prstenovi, klinovi,

oslonci itd), Elementi, mehanizmi i sistemi upravljanja (mehaniki, elektrini, fotoelektrini,

hidraulini, pneumatski i kombinovani), Elementi sigurnosti, graninici, itd. Elementi sistema za hlaenje i podmazivanje, itd.

U irem kontekstu, u elemente alatnih maina mogu se smatrati i razliiti stezni ureaji koji slue za pozicioniranje i stezanje alata i obratka kao i transportni mehanizmi sa kojim se opsluuje alatna maina.

Maine za obradu rezanjem Prijenosnici kod maina za obradu rezanjem

24

3. PRIJENOSNICI KOD MAINA ZA OBRADU REZANJEM

Prijenosnici kod maina za obradu rezanjem obezbjeuju izmjenu parametara kretanja alata i/ili obratka (broja obrtaja, broja duplih hodova, koraka, brzine pomonog kretanja i sl.). Prema namjeni, kod maina za obradu rezanjem razlikujemo prijenosnike:za:

glavna kretanja, pomona kretanja i promjenu smjera kretanja.

Prema principu gradnje prijenosnici mogu biti:

mehaniki, elektrini, hidraulini, pneumatski i kombinovani.

a prema vrijednosti izlaznih parametara kretanja odnosno prema nainu regulisanja izlaznih parametara obrade:

kontinualni i stepenasti.

3.1. Zakonitosti promjene broja obrtaja glavnog vretena

Da bi se na alatnoj maini vrila obrada sa tehnolokom brzinom rezanja potrebno je da ima prijenosnik koji e glavnom vretenu maine dati to vie razliitih brojeva obrtaja. Prema tome, alatna maina sa veim brojem razliitih brojeva obrtaja je ekonominija u radu ali je zato sloenijeg prijenosnog mehanizma i njena cijena je vea.

Kod alatnih maina sa stepenastom promjenom broja obrtaja glavnog vretena (postupno mijenjanje brzine rezanja) brojevi obrtaja kao i odnos dva uzastopna broja obrtaja su standardizovani. Zakonitosti promjene brojeva obrtaja glavnog vretena (promjena parametara kretanja) moe biti po: aritmetikoj, geometrijskoj, dvostruko geometrijskoj i logaritamskoj promjeni (progresiji).

3.1.1. Aritmetika promjena brojeva obrtaja glavnog vretena

Ako su brojevi obrtaja glavnog vretena n1, n2, n3, itd i ako je razlika izmeu bilo koja dva uzastopna broja obrtaja konstantna, tj:

.12312 constnnnnnn mm ==== (3.1)

gdje je: nm najvei broj obrtaja izlaznog vratila prijenosnika (glavnog vretena), n1 najmanji broj obrtaja i m broj razliitih brojeva obrtaja,

tada je rije o aritmetikoj promjeni broja obrtaja glavnog vretena alatne maine tj. brojevi obrtaja ine aritmetiku progresiju.


25

Primjer, Ako je najmanji broj obrtaja ,min1001on = i ako je razlika izmeu dva susjedna broja

obrtaja ,min40o a prijenosnik ima m = 4 razliita broja obrtaja, tada e na osnovu izraza (3.1)

odgovarajui brojevi obrtaja biti:

min1402on = , min1803

on = , min2204on =

Odnos brojeva obrtaja je:

4,1100

140

1

2==

nn tj. prirataj broja obrtaja je 40 %

29,1140

180

2

3==

nn tj. prirataj broja obrtaja je 29 %

22,1180

220

3

4==

nn tj. prirataj broja obrtaja je 22 %.

Dakle, pri poveanju broja obrtaja smanjuje se procentualni prirataj broja obrtaja. Ovako veliki procentualni prirataj u podruju manjih brojeva obrtaja se pokazao kao glavni nedostatak aritmetike promjene.

Ako se posmatra struganje (glavno obrtno kretanje vri obradak) onda je brzina rezanja zapravo obimna brzina obratka:

min,,1000

mnD

Vpi

= (3.2)

gdje je: D, mm prenik obratka i n, min,o - broj obrtaja obratka.

Izraz (3.2) se moe napisati i u obliku:

1000

n

D

V pi= (3.3)

to u dijagramu V D, slika 3.1, predstavlja pravu liniju koja prolazi kroz koordinatni poetak, a iji nagib zavisi od vrijednosti broja obrtaja n. Za svaki stepen brzine, odnosno za svaki broj obrtaja dobie se druga prava sa drugim nagibom. Ovakav dijagram se naziva radni dijagram maine. Iz dijagrama se za svaki dati prenik radnog predmeta moe nai onaj stepen brzine sa kojim treba raditi da bi se iskoristila najekonominija brzina rezanja Ve. To znai, na primjer za obradu prenika D1 postoji samo jedan ekonomski broj obrtaja, a to je n1, pri kojem e se obrada odvijati ekonomskom brzinom rezanja, slika 3.1. Za obradu prenika D2, to je broj obrtaja n2, itd. Meutim, za neki konkretan prenik Dx koji je manji od prenika D1, a vei od prenika D2, postoji mogunost koritenja brojeva obrtaja n1 ili n2. U sluaju koritenja broja obrtaja n2 obrada e se vriti brzinom 2VVe + , dakle, postoji prekoraenje ekonomske brzine rezanja, dok e se u sluaju koritenja broja obrtaja n1 obrada vriti brzinom 1VVe , dakle postoji gubitak brzine

1V . Ovaj gubitak se poveava idui od prenika D1 ka preniku D2. Ako se za sve ekonomske prenike ogranii oblast dozvoljenih brojeva obrtaja a s obzirom na ekonomsku brzinu rezanja, dobie se dijagram koji se naziva testerasti dijagram maine.

Iz ovog dijagrama se vidi da su kod veih prenika gubici brzine vei, dok je za manje prenike manji. Prema tome za manje prenike stoji na raspolaganju vei broj stepeni. Za ekonomian rad bilo bi korisnije obrnuto, jer se na ovaj nain pri obradi tankog predmeta moe desiti da ve


26

poslije skidanja jednog tankog sloja materijala treba prei na slijedei vei broj obrtaja usljed nagomilavanja stepeni brzina u oblasti malih prenika.

Zbog svega ovoga, aritmetika promjena broja obrtaja glavnog vretena se veoma rijetko upotrebljava, naroito kod prijenosnika za glavna kretanja maina za obradu rezanjem.

Radni testerasti dijagram se moe prikazati i u dvostruko logaritamskim koordinatama. U ovom obliku se esto nalazi i na samoj maini gdje slui za brzo iznalaenje potrebnog broja obrtaja glavnog vretena u zavisnosti od brzine rezanja i prenika radnog predmeta. Naime, izraz (3.2) se prevodi u oblik:

KDn

DV =

=

1000

pi (3.4)

Logaritmiranjem ovog izraza dobija se:

KDV logloglog += (3.5)

to u dvostruko logaritamskom dijagramu predstavlja pravu nagnutu pod uglom od 450 , slika 3.2. Svakom drugom broju obrtaja odgovara druga konstanta odnosno druga prava nagnutu pod uglom od 450, dok lan log K predstavlja otsjeak na apscisnoj osi, te je za D = 1 mm za neki broj obrtaja nx:

1000logloglog xx

nKV

pi== (3.6)

Dok je za prvi manji broj obrtaja nx-1

1000loglog 11

=x

x

nV

pi (3.7)

Razlika izmeu ovih odsjeaka na apscisnoj osi je:

11 logloglog

=

x

xxx

n

nVV (3.8)

Poto je =1x

x

n

n tj. prirataj broja obrtaja opada pri poveanju broja obrtaja, to e se razmak

izmeu pravih smanjivati idui od n1 ka nm.

Slika 3.1. Radni (testerasti) dijagram za Slika 3.2. Radni dijagram za aritmetiku aritmetiku promjenu broja obrtaja promjenu u log-koordinatama


27

3.1.2. Geometrijska promjena brojeva obrtaja glavnog vretena

Geometrijska promjena se uglavnom koristi za prijenosnike kod maina za obradu rezanjem, jer obezbjeuje najbolje efekte u pogledu standardizacije i unifikacije prijenosnika. To je promjena kod koje je odnos dva bilo koja susjedna broja obrtaja glavnog vretena konstantan, tj:

.12

3

1

2 constn

n

n

n

n

n

m

m====

(3.9)

gdje je: - faktor stepenovanja,

tada je rije o geometrijskoj promjeni tj. brojevi obrtaja glavnog vretena ine geometrijsku progresiju.

Primjer, Ako je najmanji broj obrtaja n1= 100 o/min a faktor stepenovanja = 1,25 (procentualni prirataj brojeva obrtaja od 25 %) i ako prijenosnik ima ukupno m = 6 razliitih brojeva obrtaja, onda je:

min12512 onn == , a njihova razlika 2512 =nnmin15623 onn == , a njihova razlika 3123 =nnmin19534 onn == , a njihova razlika 3934 =nn (3.10) min24345 onn == , a njihova razlika 4845 =nnmin30456 onn == , a njihova razlika 6156 =nn

Dakle, razlika izmeu susjednih brojeva obrtaja se poveava idui od manjih ka veim brojevima obrtaja a prirataj brojeva obrtaja ostaje konstantan za sve stepene broja obrtaja.

Radni (testerasti) dijagram za geometrijsku promjenu prikazan je na slici 3.3. Za dva ekonomska prenika radnog komada D1 i D2, gubitak brzine rezanja se poveava idui od prenika D1 ka preniku D2. Odnosno, maksimalni gubitak brzine rezanja V se dobija pri obradi radnog predmeta prenika D2 sa brojem obrtaja n1.

Slika 3.3. Radni (testerasti) dijagram za geometrijsku promjenu broja obrtaja


28

S obzirom na oznake sa slike 3.3, odgovarajua obimna brzina radnog predmeta prenika D2

(brzina rezanja) je: 1000

22 nDVepi

= odnosno 1000

121

nDV

pi=

Odnos brzina je:

,1

2

12

22

1

pi

pi===

=

n

n

nD

nD

VV

V

V

V

e

ee (3.11)

a relativni gubitak brzine:

11

1

==

eV

V (3.12)

Iz jednaine (3.12) moe se zakljuiti da je potrebno da faktor stepenovanja bude to manji jer se na taj nain poveava ekonomska iskoristivost alatne maine (manji faktor manji relativni gubitak brzine rezanja).

Kao i za aritmetiku promjenu, moe se i za geometrijsku promjenu radni dijagram predstaviti u dvostruko logaritamskim koordinatama, slika 3.4. S obzirom da je prirataj broja obrtaja konstantan, to e se u ovom dijagramu prave pojedinih brojeva obrtaja nalaziti na jednakom

razmaku koji se rauna po formuli: .loglog1

constn

n

m

m==

mjeren po apscisnoj odnosno

ordinatnoj osi.

Na osnovu jednaine (3.9): ;12 nn = 2123 ; nnn == , ......, tj. za maksimalni broj obrtaja se dobija:

111

===m

mm nnn (3.13)

to logaritmiranjem daje: log)1(loglog 1 += mnnm dobija se broj stupnjeva brzine:

logloglog

1 1nn

m m

+= (3.14)

Iz izraza (3.14) slijedi da pri zadatim brojevima nm i n1 i sa smanjenjem faktora stepenovanja , raste broj razliitih brojeva obrtaja. Moe se zakljuiti, ako se eli alatna maina koja treba da radi sa manjim gubitkom brzine tj. ekonominija maina, izabrae se manje , ali e zato maina biti skuplja zbog veeg broja stupnjeva brzina tj. zbog veeg prijenosnika.


29

Slika 3.4. Radni dijagram za geometrijsku promjenu u logoritamskim koordinatama

Uporeujui radne dijagrame za aritmetiku i geometrijsku promjenu (slike 3.1. do 3.4.) moe se zakljuiti: Gubitak brzine rezanja u podruju veih brojeva obrtaja kod geometrijske promjene nije

toliko izraen kao kod aritmetike promjene i Kod geometrijske promjene je mogue primjeniti standardne brojeve obrtaja kojima je

osnova geometrijska progresija.

Standardne vrijednosti faktora stepenovanja i korespondentni relativni gubici brzine rezanja dati su u tabeli 3.1. Naime, poto je geometrijska promjena i pored svojih nedostataka jedina pogodna za umnoavanje brzina iz nekog osnovnog reda, uzeta je kao osnova pri standardizaciji brojeva obrtaja. U tabeli 3,2 dati su standardni brojevi obrtaja prijenosnika za glavna kretanja za vrijednosti faktora stepenovanja = 1,12; 1,25; 1,4; 1,6; i 2,0. Osnova za raunanje standardnih brojeva obrtaja su geometrijski redovi koji su izvedeni iz osnovnog reda R20. Za zupaste prijenosnike nije mogue dobiti proraunate brojeve obrtaja jer broj zuba zupanika mora biti cio broj, tako da se za usvojene brojeve zuba zupanika dobiju korigovani prijenosni odnosi a to znai i korigovani brojevi obrtaja. No, propisano je dozvoljeno odstupanje stvarnih brojeva obrtaja od brojeva izvedenih prema geometrijskom redu. Ova odstupanja su sastavljena od mehanikog (-2% i +3%) i elektrinog dijela (+2% i +3%), tako da je ukupno dozvoljeno odstupanje -2% i +6%. U tabeli 3.2 su prema ovom odstupanju date granine dozvoljene vrijednosti brojeva obrtaja.

Tabela 3.1. Standardne vrijednosti faktora stepenovanja i odgovarajui relativni gubici brzina rezanja

%1

=

eV

V

1,12 10,7 1,25 20,0 1,4 28,5 1,6 37,5 2,0 50,0


30

Tabela 3.2. Standardni brojevi obrtaja kod maina za obradu rezanjem

Brojevi obrtaja, o/min, za faktor stepenovanja Granine

vrijednosti

12,1= 25,1= 4,1= 6,1= 0,2= -2% +3% +6%

100 98 103 106 112 112 1,12 112 11,2 110 116 119 125 125 123 130 133 140 140 1400 140 1400 138 145 150 160 16 155 163 168 180 180 180 180 180 174 183 188 200 2000 196 206 212 224 224 22,4 224 22,4 219 231 237 250 250 246 259 266 280 280 2800 280 2800 276 290 299 315 31,5 310 326 335 355 355 355 355 355 348 365 376 400 4000 390 410 422 450 450 45 450 45 438 460 473 500 500 491 516 531 560 560 5600 560 5600 551 579 596 630 63 618 650 669 710 710 710 710 710 694 729 750 800 8000 778 818 842 900 900 90 900 90 873 918 945

1000 1000 980 1030 1060

3.1.3. Dvostruko geometrijska promjena brojeva obrtaja glavnog vretena

Iako je geometrijska promjena mnogo bolja od aritmetike, mora se konstatovati da i kod geometrijske promjene postoji neravnomjerna raspodjela brojeva obrtaja. Vidi se (slika 3.3) nedostatak brojeva obrtaja u podruju veih prenika, a istovremeno gomilanje brojeva obrtaja u podruju manjih prenika. Znaajna poboljanja u tom smislu predstavlja tzv. dvostruko geometrijska promjena. Kod ove promjene postoje dva faktora stepenovanja; jedan 1 za manje brojeve obrtaja i drugi 2 za vee u odnosu 212 = . To su u stvari dva sastavljena geometrijska reda i to tako da prema prvom faktoru stepenovanja postoji razliitih brojeva obrtaja, a prema drugom m razliitih brojeva obrtaja.

Primjer: Neka je .min1004,12,1 1,

1 onim === Tada je min,112112 onn == i min,125123 onn == min,140134 onn == . Na slici 3.5a prikazana je logaritamska predstava

ovog reda. Poto je najvei broj obrtaja prvog reda, min,1404 on = ujedno i prvi odnosno

najmanji broj obrtaja drugog geometrijskog reda sa faktorom stepenovanja 25,1212 == i ako pretpostavimo da prijenosnik ima m=5 razliitih brojeva obrtaja, tada je:

min,180245 onn == min,224256 onn == min,280267 onn == min355278 onn == Na slici 3.5a prikazana je logaritamska predstava i ovog reda. Na slici 3.5b data je sasatavljena logaritamska predstava oba reda.


31

a)

b)

Slika 3.5. Logaritamska predstava brojeva obrtaja za dvostruko geometrijsku promjenu

Poto je najvei broj obrtaja prvog reda ujedno i najmanji za drugi geometrijski red, to je:

1", +=+ mmm (3.15)

gdje je: ,m - broj razliitih brojeva obrtaja prvog geometrijskog reda sa faktorom

stepenovanja 1 , "m - broj razliitih brojeva obrtaja drugog geometrijskog reda sa faktorom

stepenovanja 212 = i m - ukupan broj razliitih brojeva obrtaja.

Najvei broj obrtaja za prvi geometrijski red je 1

11

,

,

=m

mnn (3.16)

a za drugi: 1

2"

"

,

=m

mmnn (3.17)

Uvoenjem jednaine 3.16 u jednainu 3.17 i uz jednakost 212 = dobija se: 3"2,"1,

1122

111"

===

mnmm

mm nnnn (3.18) Uvoenjem oznake

"

,

m

mK = tada jednaina (3.18) prelazi u oblik:

3)2(1

1

11

++

+

=

KK

m

m nn (3.19)

Logaritmiranjem jednaine 3.19 nalazi se ukupan broj razliitih brojeva obrtaja za dvostruku geometrijsku promjenu:

12

13

log

loglog

1

1

+

+

+

=

K

Knnm m

(3.20)

Radni (testerasti) dijagram za dvostruko geometrijsku promjenu prikazan je na slici 3.6. Vidi se da je raspored brojeva obrtaja ravnomjerniji nego kod geometrijske promjene i da ovdje postoje dvije vrijednosti relativnog gubitka brzine rezanja.


32

Radni dijagram u logaritamskim koordinatama dat je na slici 3.7. Ovdje su prave pojedinih brojeva obrtaja nagnute pod uglom 450 i za prvi geometrijski red sa 1 imaju jedan meusobni razmak, dok je za drugi, u oblasti veih brojeva obrtaja, razmak dvostruko vei, 2 .

Slika 3.6. Radni (testerasti) dijagram za Slika 3.7. Radni dijagram za dvostruko dvostruko geometrijsku promjenu geometrijsku promjenu u logaritamskim koordinatama

3.1.4. Logaritamska promjena brojeva obrtaja glavnog vretena

Iako su geometrijska i dvostruko geometrijska promjena nale iroku primjenu kod maina za obradu rezanjem ipak ne predstavljaju najekonominije rjeenje. Naime, sa slika 3.3. i 3.6. se vidi da ipak postoji neravnomjernost u raspodjeli brojeva obrtaja, gdje za manje prenike jo uvijek postoji vei broj stupnjeva brzina nego za vee prenike. U tom pogledu bolje rjeenje predstavlja logaritamska promjena broja obrtaja. Kod ove promjene faktor stepenovanja nije konstantan. Ukratko, zakonitost promjene faktora stepenovanja kod logaritamske promjene se dobije na slijedei nain. Neka se za Dx, (prenik radnog predmeta) brzina rezanja Ve dobija sa brojem obrtaja nx. Manjem preniku Dx-1 pri istoj brzini Ve odgovara broj obrtaja nx+1 pri emu je nx+1 > nx.. Tada je:

;1000

x

ex

n

VD

=

pi;

1000

11

+

=

x

ex

n

VD

pi (3.21)

Debljina sloja materijala na obratku koji treba skinuti sa prenika Dx da bi se dolo do slijedeeg ekonomskog prenika Dx-1 koji pri broju obrtaja nx+1 daje opet brzinu Ve predstavlja dubinu rezanja:

21

=x

Dx

D

xa (3.22)

Ako se faktor stepenovanja izmeu brojeva nx i nx+1 obiljei sa x bie xxx nn =+1 a prenik

xx

ex

n

VD

pi

=

10001 tada izraz (3.22) prelazi u oblik:

.1

12

=

x

xx

Da

(3.23)


33

Ako je konstantan kao kod geometrijske promjene, moraju prenici da se smanje za istu veliinu 2 xa da bi se opet postigla propisana brzina rezanja. Za geometrijsku promjenu, kod koje

je ,constx = bie KDa xx = , to u dijagramu xx Da daje prave linije nagnute pod uglom od 450. Svakoj vrijednosti odgovara druga paralelna prava. Meutim kod logaritamske promjene je constx , pa se navedena zavisnost ( )xx Dfa = postepeno zakree u odnosu na koordinatni poetak i to razliito u zavisnosti da li se radi o veim ili manjim prenicima, odnosno manjim ili veim brojevima obrtaja. Ovaj postupak zakretanja pravih ( )xx Dfa = zapravo predstavlja postupak nastanka logaritamske promjene. Na ovaj nain se za manje prenike obratka dobiju vee dubine rezanja, a za vee, manje, to je zapravo i cilj. Prema tome, vrijednost faktora stepenovanja se smanjuje sa porastom prenika, odnosno smanjenjem broja obrtaja. Jednaina za promjenu dubine rezanja u tom sluaju je: 4

xx DCa = (3.24)

gdje je: C faktor poloaja (tabela 3.3).

Primjer: Neka je zadat maksimalni prenik obratka Dmax= 500 mm, minimalni Dmin= 50 mm, minimalni broj obrtaja n1 = 20 o/min, maksimalni broj obrtaja nm = 200 o/min, i broj razliitih brojeva obrtaja m = 10.

Za odnos 10

1

max

min=

D

D iz odgovarajuih dijagrama, se odredi faktor poloaja C = 1,6. Na osnovu

jednaine (3.24) onda se mogu odrediti prenici za sve stepene (brojeve obrtaja) kao i odgovarajui faktori stepenovanja x. Vrijednosti su date u tabeli 3.3.

Tabela 3.3. Vrijednost faktora poloaja C i izraunate vrijednosti za x prema logaritamskoj promjeni za dati primjer

Stepen Prenik Dx, mm

Dvostruka debljina rezanja

2 xa , mm

Broj obrtaja

nx o/min

Faktor stepenovanja

x1 500

72 20

1,16 2 428 23,3

66 1,18

3 362 27,5

61 1,20

4 301 33,1

55 1,22

5 246 40,5

50 1,255

6 196 50,8

45 1,305

7 151 66

39 1,348

8 112 89

34 1,435

9 78 128 28 1,56

10 50 200


34

Na slici 3.8 prikazan je radni (testerasti) dijagram za logaritamsku promjenu na kome se vidi da je raspored stupnjeva brzina mnogo ravnomjerniji nego kod geometrijske promjene. Radni dijagram za logaritamsku promjenu u logaritamskim koordinatama dat je na slici 3.9. Razmaci izmeu pojedinih pravih su ovdje promjenljivi i rastu s poveanjem broja obrtaja.

Slika 3.8. Radni (testerasti) dijagram za logaritamsku Slika 3.9. Radni dijagram za logaritamsku promjenu brojeva obrtaja promjenu u logaritamskim

koordinatama

Meutim, logaritamska promjena ima jedan nedostatak u odnosu na geometrijsku promjenu. Naime, poto je kod geometrijske promjene odnos izmeu susjednih brojeva obrtaja konstantan, tada se, naprimjer, zupasti prijenosnik sa est razliitih brojeva obrtaja, moe izvesti sa zupanicima sa tri para koji ostvare tri razliita broja obrtaja, a preostala tri broja obrtaja se dobiju ugradnjom samo jo jednog zupastog para sa prijenosnim odnosom 1:. Kod logaritamske promjene constx , pa prema tome, ova mogunost otpada, nego se za svaki broj obrtaja mora imati zaseban zupasti par. To enermno poveava zupasti prijenosnik to ga ini neekonominim i zato se rijetko koristi za prijenosnike za glavna obrtna kretanja kod maina za obradu rezanjem.

3.2. STEPENASTI PRIJENOSNICI ZA OSTVARIVANJE GLAVNOG KRETANJA

Prema tehnolokoj vrsti postoje dvije grupe alatnih maina sa glavnim kretanjem, pa razlikujemo i dvije grupe prijenosnika za glavna kretanja:

a) prijenosnici za ostvarivanje obrtnih kretanja (strugovi, glodalice, builice, brusilice, maine za honovanje, lepovanje itd.) i

b) prijenosnici za ostvarivanje pravolinijskih kretanja (rendisaljke, maine za provlaenje, testere, itd.).

Prijenosnici alatnih maina za glavno kretanje su mehanizmi koji pretvaraju obrtno kretanje glavnog pogonskog vratila (transmisije, vratila elektromotora, itd.) u obrtno ili pravolinijsko glavno kretanje radnog predmeta ili alata.

Prijenosnici za glavna kretanja kod maina za obradu rezanjem mogu biti: mehaniki, hidrauliki, pneumatski, elektrini i kombinovani.

Postoje tri koncepcijska rjeenja prijenosnika za glavno obrtno kretanje; prijenosnici sa stepenastom promjenom broja obrtaja, prijenosnici sa kontinuiranom promjenom broja obrtaja i kombinacija ova dva rjeenja.


35

Mehaniki stepenasti prijenosnici, slika 3.10 izvedeni najee kao kaini, zupasti ili kombinovani, obezbjeuju diskretne vrijednosti parametara kretanja unutar oblasti izmjene parametara (minimalne i maksimale vrijednosti).

Slika 3.10. Mehaniki stepenasti prijenosnici

Mehaniki prijenosnici kod maina za obradu rezanjem se dijele:

1. Obzirom na nain prijenosa kretanja

mehaniki prijenosnici kod kojih se kretanje prenosi trenjem: tarni prijenosnici, remenski prijenosnici, prijenosnici uetima,

mehaniki prijenosnici kod kojih se kretanje prenosi zahvatom: zupasti prijenosnici, puni prijenosnici, lanani prijenosnici.

2. Obzirom na poloaj pogonskog i gonjenog kola

prijenosnici s neposrednim kontaktom izmeu pogonskog i gonjenog kola: tarni prijenosnici, zupasti prijenosnici, puni prijenosnici, itd.

prijenosnici s posrednom vezom izmeu pogonskog i gonjenog kola: kaini (remenski) prijenosnici, lanani prijenosnici, prijenosi uetima, itd.

Prijenosni odnos mehanikih prijenosnika definisan je kao omjer brzine obrtaja pogonskog i gonjenog vratila (kola)

2

1

n

ni = (3.25)

Stepen djelovanja (iskoritenja) je odnos snage koju dobije gonjeni stroj prema snazi koju odaje pogonski stroj:

11

1

1

2 1P

P

P

PP

P

P gg=

== (3.26)


36

3.2.1. Kaini (stepenasti) prijenosnici

Kaini prijenosnici se danas koriste jedino kod maina manje snage, manjeg broja razliitih brojeva obrtaja i kada se broj obrtaja glavnog vretena ne mijenja esto. Jedan set kainika (najee se koriste klinasti kaievi) se nalazi na pogonskom vratilu a drugi na glavnom vretenu. Prebacivanje kaia sa jednog na drugi par kainika obezbjeuje se promjena broja obrtaja glavnog vretena (pile za sjeenje). Postupak dimenzionisanja stepenastog kainog prijenosnika alatne maine sastoji se u odreivanju broja stepeni i odreivanje prenika kainika. Najee su setovi kainika na pogonskom i pogonjenom vratilu isti, slika 3.11. Neka je najvei prenik kainika d1 a najmanjeg dm (i na pogonskom i na pogonjenom vratilu), broj stepeni m i broj obrtaja pogonskog vratila n0. Poto je brzina kaia na pogonskom i pogonjenom kainiku ista, dobija se:

mm ndnd = pipi 01 (3.27)

gdje je: nm najvei broj obrtaja glavnog vretena (jer je kai na najveem stepenu pogonskog seta kainika d1 i najmanjem stepenu pogonjenog seta kainika dm.

Ako se kai nalazi na najmanjem stepenu pogonskog i najveem stepenu pogonjenog kainika, tada je:

110 ndndm = pipi (3.28)

gdje je: n1 najmanji broj obrtaja pogonjenog vratila.

Izjednaavanjem vrijednosti za n0 iz jednaina (3.27) i (3.28) dobija se:

m

m

m

mm

n

n

d

dn

d

dn

d

d 12

11

1

1

; =

= (3.29)

Ako se izraz za geometrijsku promjenu obrtaja: 1

1 1

=m

mn

n

uvrsti u jednainu (3.29) dobija se:

11

1

=m

m

d

d

(3.30)

Najmanji prenik dm se usvaja, vodei rauna o preniku glavnog vretena, pa se iz gornje jednaine izrauna d1 a na osnovu odreenog faktora stepenovanja . I drugi prenici se analogno definiu, na primjer:

32

1 1

=m

m

d

d

(3.31)

Iz uslova jednakosti duine kaia pri premjetanju sa jednog na drugi stepen kainika se odreuje duina istog. Na osnovu oznaka na slici 3.11 duina kaia je:

( ) pi cos22

sin22

11 +

++ mmdd

ddL (3.32)

S obzirom da je

=

e

dd m2

sin 1 i za male uglove 1cos to je:

( ) ( ) ( ) ( ) ee

dddde

e

ddddL mm

m

m 2222

22

212

2

21

1 +

++=+

++ pipi

(3.33)


37

Isti je nain prorauna i za klinaste kainike.

Slika 3.11. Stepenasti kaini prijenosnik

3.2.2. Kombinovani kaino-zupasti (stepenasti) prijenosnici

Kaini prijenosnik uglavnom ima do est stepeni (est razliitih brojeva obrtaja pogonjenog vratlila). U sluajevima veeg broja stepeni koriste se kombinovani prijenosnici, slika 3.12. Zupanik z1, koji ini cjelinu sa stepenastim kainikom, d1 - d2 - d3 i zajedno se mogu slobodno okretati oko vratila (glavno vreteno maine). Zupanici z2 i z3 su meusobno povezani i mogu se slobodno okretati oko pomonog vratila II, dok je zupanik z4 vrsto vezan za vratilo I. Stepenasti kainik, odnosno zupanik z1, dobija pogon od transmisije. On prenosi kretanje preko zupanika z2 i z3 na zupanik z4 i na glavno vreteno maine. Na ovaj nain dobivaju se tri indirektna broja obrtaja sve u zavisnosti preko kojeg stepena kainika se obavlja prijenos d1, d2 ili

d3). Naredna tri broja obrtaja glavnog vretena dobiju se na sljedei nain. Ruicom A se zarotira vratilo II, te na taj nain odvoje zupanici z2 i z3 od zupanika z1 i z4istovremeno, preko osiguraa B se ostvari vrsta veza zupanika z4 i stepenastog kainika. Na taj nain se obrtanje stepenastog kainika (tri razliita broja obrtaja) direktno, preko osiguraa B i zupanika z4 prenosi na glavno vreteno I. Dakle ovaj prijenosnik obezbjeuje est razliitih brojeva obrtaja, i to tri na direktan nain (d1/d2/d3 z4 glavno vreteno) i tri na indirektan nain (d1/d2/d3 z1/z2 z3/z4 glavno vreteno).

Slika 3.12. Kombinovani stepenasti kaini prijenosnik sa est razliitih brojeva obrtaja izlaznog vratila


38

Za prijenosnik sa devet brojeva obrtaja trebali bi ugraditi jo jedan zupasti prijenosnik sa spojnicom, slika 3.13. Prva tri broja se dobijaju na sljedei nain (d1/d2/d3 z1/z2 z5/z6 glavno vreteno I), druga tri broja obrtaja (d1/d2/d3 z3/z4 z5/z6 glavno vreteno I) i konano zadnja tri broja obrtaja (d1/d2/d3 z6 glavno vreteno I).

Slika 3.13. Kombinovani stepenasti kaini prijenosnik sa devet razliitih brojeva obrtaja izlaznog vratila

3.2.3. Zupasti p r i j e n o s n i c i

Zupasti prijenosnici su najrairenija i najvanija grupa mehanikih prijenosnika kod maina za obradu rezanjem. Oni su jednostavne i kompaktne konstrukcije i omoguavaju lahku promjenu broja obrtaja. Zbog toga se zupasti prijenosnici danas najee koriste za pogon glavnog kretanja, posebno kod konvencionalnih maina za obradu rezanjem.

Prednosti:

visok stepen djelovanja ( 0,98), velika trajnost i izdrljivost, male dimenzije, mogu se upotrijebiti za prijenos od najmanjih do najveih snaga, te od najmanje do najvee

brzine obrtaja.

Nedostaci:

najskuplji od mehanikih prijenosnika (izuzev punih), vibracije i umovi zbog krutog prijenosa obrtnog momenta, zahtjeva se vrlo tana obrada.

Zupasti prijenosnici se mogu podijeliti prema poloaju osa zupanog para:

a) prijenosi za paralelna vratila, slika 3.14. (prijenosi cilindrinim zupanicima), b) prijenosi za vratila koja se sijeku, slika 3.15. (konini zupani prijenosi) i c) prijenosnici za mimosmjerna vratila, slika 3.16.


39

Slika 3.14. Zupasti prijenosnici za paralelna vratila: a) s ravnim ozubljenjem, b) s kosim ozubljenjem, c) sa strelastim ozubljenjem, d) s unutranjim ozubljenjem

Slika 3.15. Zupasti prijenosnici za vratila koja se sijeku: a) s ravnim zubima, b) s kosim zubima, c) sa strelastim zubima, d) sa zakrivljenim zubima (spiralno ozubljenje)

Slika 3.16. Zupasti prijenosnici za mimosmjerna vratila (hipoidni i puni prijenosi): a) vijaniki b) puni (cilindrini) c)

masine za obradu rezanjem

Documents