1

Introducere

Istoria omenirii este strâns legată de dezvoltarea mijloacelor de producţie.

Pentru a-şi procura cele necesare traiului, omul preistoric a folosit o serie de

obiecte din natură pe care le-a utilizat ca arme şi unelte. Treptat el a trecut la

confecţionarea acestora, astfel ca ele să corespundă mai bine scopului urmărit.

Materialele din care erau realizate acestea au dat nume principalelor epoci ale istoriei:

epoca pietrei, a bronzului, a fierului, aceasta din urmă continuând şi în zilele noastre şi

diversificându-se prin utilizarea pe scară largă a aluminiului, a materialelor plastice,

ceramice, compozite, etc.

Concepute şi realizate empiric şi acţionate manual sau cu forţa animalelor, uneltele

primitive asigurau performanţe reduse.

Apariţia şi dezvoltarea societăţii omeneşti a determinat creşterea şi diversificarea

continuă a necesarului de bunuri materiale. Pentru a face faţă nevoilor mereu crescute,

omul a fost nevoit să perfecţioneze continuu uneltele de producţie, pentru a realiza

performanţe din ce în ce mai ridicate privind precizia, productivitatea şi costul prelucrărilor.

Dezvoltarea acestora a fost posibilă datorită progreselor realizate în domeniul materialelor,

al tehnologiilor de fabricaţie, al sistemelor de acţionare şi al automatizării, ajungându-se în

zilele noastre la o gamă foarte largă de maşini-unelte.

Ca urmare a progreselor realizate în diferitele domenii ale ştiinţei, în ultimele

decenii a fost posibilă realizarea celei mai moderne unelte create de om până acum –

calculatorul electronic numeric – care a deschis o nouă epocă în istoria omenirii – epoca

informaţională.

Efectele benefice ale implicării ştiinţei în producţie au făcut ca aceasta să devină

principala forţă de producţie, având ca efect realizarea sistemelor de producţie moderne.

Sistemele care reunesc maşini-unelte, sisteme de deservire şi calculatoare electronice

reprezintă cele mai perfecţionate sisteme de producţie realizate de om până acum –

sistemele CIM (Computer Integrated Manufacturing) – care realizează procesarea

automată atât a materiei cât şi a informaţiei.

Privind dezvoltarea maşinilor-unelte, primele realizări consemnate de istorie apar în

secolele XV – XVI, în perioada renaşterii europene, prin lucrările lui Leonardo da Vinci

care a conceput şi realizat strunguri, maşini de găurit, fierăstraie, maşini de rectificat şi

maşini automate de ascuţit ace.

În secolul al XVIII-lea inventarea maşinii cu abur de către James Watt marchează

începutul revoluţiei industriale şi dă un puternic impuls dezvoltării maşinilor-unelte, prin

conceperea şi realizarea primei maşini de alezat cilindrii, în 1765, de către Smeaton,

maşină perfecţionată ulterior în 1775 de către John Wilkinson.

2

Primele strunguri în accepţiunea modernă, adică având cărucior şi şurub

conducător, au fost realizate la 1797, tot în Anglia de către Maudsley.

Între 1800 şi 1900 apar şi se diversifică aproape toate tipurile de ,maşini-unelte

cunoscute şi astăzi, şi anume: ,maşinile de rabotat şi mortezat, de frezat, de rectificat,

strungurile carusel, revolver şi automate, etc. Perfecţionarea lor se realizează prin

utilizarea unor materiale noi, a unor mecanisme mai performante, prin introducerea

acţionării electrice individuale şi a automatizării, obţinându-se o creştere substanţială a

preciziei de prelucrare şi a productivităţii. O contribuţie importantă au avut-o cercetările

privind procesul de aşchiere, concretizate în lucrările teoretice ale lui Time şi Taylor

apărute în 1870, precum şi dezvoltarea mijloacelor de măsurare a dimensiunilor, prin

începerea în 1850 a fabricaţiei industriale a şublerelor (precizie 0,1 mm), în 1867 a

micrometrelor (precizie 0,01 mm), iar în 1907 a minimetrelor (precizie 0,001 mm). Ca

materiale pentru fabricarea sculelor în această perioadă s-au utilizat oţelurile carbon

pentru scule, care nu au permis realizarea unor viteze mari de aşchiere, limitând

productivitatea.

După 1900 apar maşinile de broşat, cele de copiat electrice şi hidraulice, maşinile

de danturat, şi continuă diversificarea şi perfecţionarea celorlalte tipuri, prin lărgirea gamei

dispozitivelor accesorii şi introducerea acţionărilor hidraulice şi pneumatice. Apariţia unor

noi materiale pentru fabricarea sculelor aşchietoare ca oţelurile rapide (1900), carburile

metalice (1940), materialele mineralo-ceramice (1950) şi a diamantelor artificiale (1970), a

permis creşterea continuă a vitezei de aşchiere, deci a productivităţii şi a impus

perfecţionări corespunzătoare privind cinematica şi dinamica maşinilor-unelte.

Cea mai importantă revoluţie în domeniul maşinilor-unelte a început în deceniul al

şaselea prin apariţia maşinilor-unelte cu comandă numerică când, ca urmare a schimbării

cerinţelor pieţei, care pretindea o diversitate tot mai mare de produse şi o înlocuire tot mai

rapidă a lor cu altele noi, cu caracteristici superioare, se modifică şi concepţia asupra

fabricaţiei prin trecerea de la sistemele “rigide” (caracteristice fabricaţiei îndelungate şi în

serie mare a aceluiaşi produs) la sistemele “flexibile”, capabile să permită trecerea rapidă

la fabricarea unui nou produs sau a mai multor produse în paralel pe acelaşi sistem de

producţie, cu productivitate ridicată şi costuri tot mai mici. Maşinile cu comandă numerică,

apărute în anii ’60, au reprezentat primul pas spre realizarea în anii ’70 a centrelor de

prelucrare iar apoi a sistemelor flexibile de fabricaţie (celule flexibile – 1975, linii flexibile-

1980) având în vârful ierarhiei sistemele CIM (1985).

3

1. Generalităţi privind conceperea şi realizarea produselor

Orice produs complex se compune din mai multe subansambluri (sau module)

care la rândul lor sunt alcătuite din mai multe piese componente (sau repere), fiecare

dintre aceste elemente îndeplinind o funcţie bine precizată şi având cerinţe specifice.

Conceperea ansamblului cât şi a elementelor componente este realizată de

inginerul proiectant, în domeniul de specialitate respectiv (autovehicule, maşini –

agricole, maşini – unelte, aviaţie, etc.), care elaborează un proiect tehnic având la bază o

documentaţie tehnică alcătuită din desenul de ansamblu, desenele subansamblurilor

componente, desenele de execuţie ale reperelor şi un memoriu justificativ.

Desenele de execuţie ale reperelor conţin o serie de informaţii privind forma şi

dimensiunile piesei, precizia de execuţie, rugozitatea suprafeţelor, materialele

utilizate, tratamentele termice necesare, etc., stabilite de proiectant în scopul realizării

cerinţelor funcţionale impuse piesei respective în cadrul ansamblului. Pentru elaborarea

unui proiect realist, (care să poată fi realizat practic) inginerul proiectant trebuie să

posede pe lângă cunoştinţele de specialitate şi o serie de cunoştinţe din diferite alte

domenii, printre care şi cel al tehnologiilor şi utilajelor de fabricaţie.

Realizarea fizică a reperelor şi apoi montarea lor în subansambluri şi

ansambluri cade în sarcina inginerului tehnolog, care, în funcţie de dotarea

existentă în intreprindere şi de posibilităţile de dezvoltare ale acesteia, din mulţimea

variantelor tehnologice posibile o stabileşte pe cea optimă, capabilă să asigure

îndeplinirea cerinţelor impuse de proiectant, precum şi o serie de alte cerinţe cum

sunt productivitatea, costul prelucrărilor, etc. El elaborează în final documentaţia

tehnologică, materializată prin fişa tehnologică sau planul de operaţii.

De subliniat că, în tehnica modernă, atât activitatea de proiectare a

produselor cât şi cea de proiectare tehnologică şi de fabricaţie se realizează în

cadrul unor colective multidisciplinare, organizate pe baza principiilor de

management şi cu implicarea largă a calculatoarelor, sistemele CAD (Computer

Aided Design) şi CAM (Computer Aided Manufacturing) fiind subsisteme

componente ale sistemelor CIM (Computer Integrated Manufacturing)

În general, o piesă nu poate fi realizată la cerinţele impuse de desenul de

execuţie printr-un singur procedeu tehnologic, fiind necesare o succesiune de

prelucrări care presupun procedee tehnologice diferite, precum: laminarea,

turnarea, forjarea, prelucrări prin aşchiere, prelucrări neconvenţionale, etc.

Pentru realizarea oricărei prelucrări printr-un anumit procedeu tehnologic

este necesară existenţa unui sistem tehnologic specific.

4

2. Noţiuni de bază privind prelucrările prin aşchiere

2.1. Structura şi caracteristicile sistemelor tehnologice de prelucrare

prin aşchiere.

Prelucrările prin aşchiere sunt cele mai utilizate în vederea realizării pieselor finite

de precizie ridicată, datorită performanţelor tehnice şi economice superioare pe care le

oferă.

Pentru realizarea unei

prelucrări prin aşchiere este

necesar un sistem tehnologic

de prelucrare prin aşchiere a

cărui structură generală este

redată în figura 2.1, în care s-au

notat: SF – semifabricat, DP –

dispozitiv de prindere, S – sculă

aşchietoare, MU – maşină-

unealtă.

Semifabricatul SF este elementul de pornire la realizarea unei piese prin aşchiere.

El se obţine prin procedeele tehnologice primare de prelucrare la cald şi poate fi un

semifabricat de uz general, de exemplu o bară laminată (fig. 2.2, a), sau un

semifabricat specific realizat prin turnare sau forjare (fig. 2.2, b). Indiferent de modul de

obţinere, semifabricatul SF prezintă faţă de piesa finală P un surplus de material, adausul

de prelucrare AP, care trebuie îndepărtat în cadrul prelucrării prin aşchiere.

Fig.2.1

Fig.2.1

Fig.2.2

5

Semifabricatele specifice sunt mai scumpe, dar având aproximativ forma piesei,

prezintă un adaus de prelucrare mai redus, determinat prin calcule specifice, astfel încât

costul prelucrărilor prin aşchiere este mai mic decât în cazul semifabricatelor de uz

general. Alegerea tipului de semifabricat se face pe baza unui studiu tehnico-

economic, urmărind realizarea unui cost minim de obţinere a piesei. Astfel, dacă

piesa P trebuie realizată într-un număr redus de exemplare este avantajos să se utilizeze

o bară laminată, iar în cazul producţiei de serie se justifică utilizarea unor

semifabricate specifice.

Dispozitivele de prindere DP - asigură poziţionarea şi fixarea semifabricatului pe

maşina-unealtă în raport cu scula aşchietoare şi transmite acestuia, de la maşină,

mişcările (viteza v sau turaţia n) precum şi forţa F sau momentul M necesare desfăşurării

prelucrării.

Scula aşchietoare S – fixată pe maşina-unealtă – este elementul activ care prin

deplasarea pe anumite traiectorii cu viteza w şi forţa Fa, realizează îndepărtarea

adausului de prelucrare. În interacţiunea ei cu semifabricatul are loc generarea

suprafeţei piesei la forma şi dimensiunile prescrise, dar apar şi reacţii negative din

partea piesei care afectează scula prin fenomenele termice şi de uzură ce însoţesc

procesul de aşchiere.

Maşina-unealtă MU – este elementul cel mai complex şi mai important din

cadrul sistemului tehnologic de prelucrare prin aşchiere, pe care se poziţionează şi

fixează celelalte elemente. Prin puterea de care dispune ea asigură învingerea forţelor

şi a momentelor de aşchiere, iar prin lanţuri cinematice specifice asigură cinematica

necesară desfăşurării prelucrării şi generării suprafeţelor.

Coordonarea tuturor acţiunilor în cadrul sistemului tehnologic este realizată

de un sistem de comandă, care poate fi un operator uman, sau un sistem de comandă

automată.

Prelucrarea unei piese se poate realiza integral pe un singur sistem tehnologic sau

pe mai multe sisteme. Totalitatea activităţilor efectuate asupra unui semifabricat în

scopul realizării formei geometrice, a preciziei dimensionale şi a rugozităţii

suprafeţelor unei anumite piese, reprezintă procesul tehnologic de prelucrare a

piesei respective. Structura sa cuprinde: operaţii, faze, treceri, mânuiri şi mişcări.

Operaţia reprezintă acea parte a procesului tehnologic care cuprinde

totalitatea prelucrărilor efectuate asupra piesei pe o maşină-unealtă.

Faza reprezintă acea parte a operaţiei care cuprinde totalitatea prelucrărilor

efectuate asupra unei piese la o singură prindere a ei pe maşină şi cu un anumit

regim de aşchiere.

Trecerea este o subdiviziune a fazei în care se îndepărtează un strat de

material cu o anumită adâncime de aşchiere.

6

Mânuirea reprezintă totalitatea mişcărilor executate de un operator uman sau

de un robot în vederea realizării unei faze auxiliare, de deservire, cum ar fi:

poziţionarea şi fixarea semifabricatului în dispozitivul de prindere, schimbarea

sculei aşchietoare, schimbarea regimului de aşchiere, etc.

Mişcarea reprezintă acea parte a mânuirii prin care operatorul sau robotul

efectuează o acţiune simplă de deplasare a unui organ de lucru, de comandă, de

poziţionare, etc., care poate fi măsurată în timp.

Mânuirile şi mişcările prezintă importanţă la normarea tehnică, în vederea

stabilirii timpilor parţiali şi a celui total necesar realizării unei faze, operaţii sau a

unei piese.

Se cunosc mai multe procedee de prelucrare prin aşchiere care se deosebesc

între ele, în primul rând, prin scula aşchietoare şi prin cinematica procesului de

aşchiere.

Principalele procedee de prelucrare prin aşchiere sunt: strunjirea, rabotarea,

frezarea, burghierea, broşarea, rectificarea, etc. Pentru fiecare procedeu de

prelucrare prin aşchiere există un sistem tehnologic specific.

Strunjirea este prelucrarea prin aşchiere executată cu cuţitul de strunjit, pe maşini-

unelte denumite strunguri. Cinematica

procesu-lui de aşchiere, pentru cazul strunjirii

unei su-prafeţe cilindrice exterioare, este redată

în figura 2.3.

Piesa P execută o mişcare de rotaţie în jurul

axei proprii cu turaţia n, care determină la vârful

sculei V, viteza principală de aşchiere vz,

calculată cu relaţia:

min1000

mndvz

, (2.1)

în care d [mm] este diametrul prelucrat, iar

n[rot/min] – turaţia piesei.

Viteza principală de aşchiere asigură des-

prinderea aşchiei pentru o singură rotaţie a

piesei; pentru continuitatea prelucrării este ne-

cesar ca scula S să execute o mişcare secundară, sau de avans, având viteza wl. Prin

combinarea celor două mişcări rezultă o traiectorie spaţială – o elice cilindrică – având

pasul sl [mm/rot] denumit avans longitudinal. Între viteza de avans wl şi avansul

longitudinal sl există relaţia: min/mmnsw ll .

Viteza de deplasare de-a lungul elicei reprezintă viteza de aşchiere va şi se obţine

prin compunerea vitezelor vz şi wl.

Prin poziţionarea radială a sculei, în cadrul trecerii de aşchiere se înlătură un strat

de grosime t [mm] care reprezintă adâncimea de aşchiere.

Fig.2.3

Fig. 2.3

7

Strunjirea unei suprafeţe cilindrice de revoluţie este cel mai simplu exemplu de

prelucrare prin strunjire. În cazul în care scula execută o mişcare de avans complexă, cu

componente atât pe direcţie longitudinală cât şi pe cea transversală (perpendiculară pe

axa piesei), se pot prelucra suprafeţe mai complicate precum suprafeţele conice, profilate

sau chiar suprafeţe poligonale.

Viteza principală de aşchiere vz, , avansul sl , şi adâncimea de aşchiere t ,

reprezintă parametrii regimului de aşchiere. Ei pot fi evidenţiaţi, într-o formă specifică,

la orice proce-deu de prelucrare prin aşchiere, aşa cum se va proceda în continuare.

Rabotarea este prelucrarea prin aşchiere realizată cu cuţitul de rabotat, pe

maşinile de rabotat. Cinematica procesului de aşchiere, pentru cazul prelucrării unei

suprafeţe plane, este redată în figura 2.4.

Scula S execută mişcarea

principală de aşchiere cu viteza vz , o

mişcare rectilinie alternativă în plan

orizontal realizată în două etape: o

cursă de lucru, când scula se

deplasează înainte realizând aşchierea

şi o cursă de gol, când scula se

deplasează înapoi, în poziţia iniţială. La

sfârşitul cursei de întoarcere a sculei,

piesa P execută mişcarea de avans

transversal wt , o mişcare

intermitentă (pas cu pas)

sincronizată cu mişcarea principală,

realizându-se astfel îndepărtarea

succesivă a straturilor de material 1,

2,3… Mărimea pasului mişcării de

avans reprezintă avansul transversal

st [mm/c.d.] (c.d. - cursă dublă ).

O prelucrare asemănătoare cu rabotarea este mortezarea la care scula S, un

cutit de mortezat, se deplasează în mişcarea principală vz după

o direcţie verti o directie verticala sau înclinată. Fiind orientată pe direcţia mişcării,

scula poate pă scula poate patrunde in spatii interioare restrânse ale piesei pentru

prelucrarea un prelucrarea unor suprafete imposibil de realizat prin alte procedee

(fig.2.5, prelucr ( fig. 2.5, prelucrarea unei caneluri interioare într-o gaură înfundată).

Infundata)

Observaţie. Datorită cursei de întoarcere în gol, atât rabotarea

cat şi mortezarea au o productivitate mai scăzută decât prelucrările

la care aşchierea este continuă.

Fig.2.5

Fig.2.4

Fig.2.4

8

Frezarea este prelucrarea prin aşchiere realizată cu o sculă de revoluţie cu mai

mulţi dinţi denumită freză, pe maşinile de frezat. Cinematica procesului de aşchiere,

pentru cazul prelucrării unei suprafeţe plane cu o freză cilindrică, este prezentată în fig. 2.6

.

Scula S execută mişcarea

principală de aşchiere, de

rotaţie cu turaţia n, viteza

principală de aşchiere

calculându-se cu relaţia:

min1000

mnDv s

z

, (2.2)

în care Ds [mm] este diametrul

exterior al sculei.

Piesa P execută mişcarea

de avans longitudinal wl, dar,

din punctul de vedere al

cinematicii prelucrării, se poate

considera că mişcarea de avans este executată tot de sculă. Prin combinarea mişcării

principale n cu cea de avans wl executată de sculă, traiectoria descrisă de vârful V

al dintelui 1 este o cicloidă generată prin rostogolirea cercului de diametrul dr

(rulanta R) pe baza B. Diametrul de rulare dr se poate calcula cu relaţia:

n

wd l

r

. (2.3)

Deoarece zl vw , rezultă sr Dd , astfel încât traiectoria generată este o

cicloidă alungită (curba 1).

Dintele 2 va genera la rândul său cicloida alungită 2, decalată faţă de curba 1 cu

avansul pe dinte sd [mm], ş.a.m.d. După o rotaţie completă a sculei, vârful V ajunge în

V', deplasarea pe direcţia de avans fiind egală cu avansul pe rotaţie sr [mm/rot].

Notând cu zs numărul de dinţi ai sculei, se poate scrie dr szs , iar între viteza de

avans wl şi cele două avansuri există relaţiile:

dsrl snznsw (2.4)

Avansul pe dinte sd este parametrul tehnologic care determină uniformitatea

suprafeţei prelucrate (rugozitatea).

Existând o mare diversitate de scule de frezat, prin frezare se pot prelucra o

mulţime de tipuri de suprafeţe simple sau complexe, cu o productivitate ridicată,

frezarea fiind unul dintre cele mai răspândite procedee de prelucrare prin aşchiere.

Fig.2,6

Fig. 2.6

9

Burghierea este prelucrarea prin aşchiere a unei găuri cu ajutorul burghiului,

executată pe maşini-unelte de găurit, dar şi pe alte tipuri de maşini-unelte (strunguri,

freze).

Cinematica procesului de aşchiere este

prezentată în figura 2.7.Burghiul S execută miş-

carea principală de aşchiere, de rotaţie cu turaţia

n. Datorită dispunerii la raze diferite a diferitelor

puncte de pe tăişul principal VA, viteza principală

de aşchiere variază de la zero (în punctul V) la o

valoare maximă (în punctul A) dată de relaţia:

min1000max

mnDv s

z

, (2.5)

a cărei valoare se şi ia în considerare.

Simultan cu mişcarea principală, scula S

execută şi mişcarea de avans axial wa.

Deplasarea axială a sculei corespunzătoare unei

rotaţii reprezintă avansul axial sa [mm/rot],

punctele V şi A ajungând în V' şi A'. Prin compunerea celor două mişcări, n şi wa, punctele

de pe tăiş descriu elice cilindrice specifice, având pasul sa şi diametrul diferit. Deoarece

scula are doi dinţi aşchietori decalaţi cu 180º, punctele celuilalt tăiş principal vor descrie

elice cilindrice având acelaşi pas sa, dar deplasate axial faţă de primele cu avansul pe

dinte ad ss 5,0 . Între mărimile wa, sa şi sd se pot scrie relaţiile:

min

mmnsznsw dsaa , (2.6)

în care zs reprezintă numărul de dinţi al sculei.

Parametrii regimului de aşchiere la burghiere sunt aşadar: vz max , sd şi

adâncimea de aşchiere sDt 5,0 . În cazul lărgirii unei găuri având diametrul iniţial Di ,

adâncimea de aşchiere se calculează cu relaţia:

mmis DDt

2

(2.7)

Broşarea este prelucrarea prin aşchiere executată pe maşinile de broşat cu o

sculă specială denumită broşă. Cinematica procesului de aşchiere este prezentată în

figura 2.8, cu referire la cazul prelucrării unui canal de pană.

Broşa S este o sculă cu mai mulţi dinţi, grupaţi în dinţi aşchietori şi dinţi de

calibrare. Dinţii aşchietori, dispuşi în zona A-B, sunt supraînălţaţi succesiv unul faţă de

celălalt cu supraînălţarea a[mm], care reprezintă de fapt avansul pe dinte. Dinţii de

calibrare, dispuşi în zona B-C, au supraînălţarea nulă ei având doar rolul calibrării

suprafeţei prelucrate de dinţii aşchietori şi constituind totodată o rezervă pentru dinţii

aşchietori, pe măsura uzării şi reascuţirii acestora.

Fig.2.7

Fig. 2.7

10

Broşa este poziţionată şi ghidată în timpul lucrului de către bucşa de ghidare

BG, care se introduce în gaura iniţială existentă în piesă.

Prelucrarea prin broşare se realizează prin simpla tragere a broşei cu viteza

principală de aşchiere vz [m/min].

Productivitatea prelucrărilor prin broşare este foarte mare, dar costul ridicat al sculei

recomandă procedeul doar pentru producţia de serie mare.

Adâncimea de aşchiere t [mm] este dată de lăţimea canalului prelucrat (şi a broşei).

Rectificarea este o prelucrare de finisare prin aşchiere executată cu corpuri

abrazive, pe maşinile de rectificat. Cinematica prelucrării unei suprafeţe cilindrice

exterioare este prezentată în figura 2.9.

Scula S, un corp abraziv alcătuit din gra-

nule abrazive legate de un liant, execută

mişcarea principală de aşchiere de rotaţie

cu turaţia ns, viteza principală de aşchiere vz

calculându-se cu relaţia:

s

mssz

nDv

601000

. (2.8)

Piesa P se roteşte cu turaţia np, care

determină mişcarea de avans circular wc ,

ce asigură prelucrarea materialului pe

circumferinţa piesei. Viteza de avans circular

se determină cu relaţia:

min1000

mpp

c

ndw

(2.9)

La prelucrarea suprafeţelor de lungime mai mare decât lăţimea B a corpului

abraziv, piesa execută şi o mişcare rectilinie alternativă de avans longitudinal wl. Prin

Fig.2.9

Fig.2.8

Fig. 2.8

11

compunerea celor două mişcări de avans ale piesei rezultă o traiectorie elicoidală, pasul

elicei fiind avansul longitudinal sl [mm/rot]. Pentru continuitatea prelucrării este

necesar ca Bsl , în general având Bsl )7,0...2,0( .

La efectuarea unei treceri longitudinale se îndepărtează de pe piesă un strat de

adâncime t. În scopul îndepărtării întregului adaus de prelucrare, la capetele cursei

longitudinale wl, scula S execută o mişcare de avans radial wr [mm], pentru reglarea

adâncimii de aşchiere t. Mişcarea wr este aşadar o mişcare pas cu pas (avansul radial sr)

sincronizată cu mişcarea wl.

Din cele prezentate mai sus rezultă că pentru fiecare procedeu de prelucrare

prin aşchiere există maşini-unelte şi scule specifice, care realizează performanţe

maxime privind precizia şi productivitatea prelucrării. Trebuie menţionat însă că

maşinile-unelte moderne, mai ales cele universale, prin echiparea lor cu dispozitive

accesorii speciale permit realizarea de prelucrări şi prin alte procedee decât cel de

bază, reducând prin aceasta cheltuielile de investiţii şi costul produselor.

12

2.2. Geometria sculelor aşchietoare.

Sculele utilizate la diferitele prelucrări prin aşchiere sunt de o mare diversitate, ele

putând fi împărţite totuşi în două grupe:

- scule simple, cu un singur dinte aşchietor, cum sunt: cuţitele de strunjit,

rabotat şi mortezat;

- scule complexe, având mai mulţi dinţi aşchietori, cum sunt: frezele, broşele,

burghiele, etc.

Deoarece elementele geometrice ale unei scule simple se regăsesc într-o formă

specifică la dinţii oricărei scule complexe, pentru început este suficient să se cunoască

geometria cuţitului de strunjit.

2.2.1. Geometria cuţitului de strunjit.

La o sculă simplă cum este cuţitul de strunjit, chiar dacă aceasta are o construcţie

monobloc, pot fi puse în evidenţă două părţi distincte privind rolul lor funcţional, şi anume

(fig.2.10):

I – capul sculei, care constituie partea activă a ei şi

II-corpul sculei, care serveşte la fixarea ei în

dispozitivul de prindere pe maşină.

Partea activă a sculei este mărginită de

următoarele suprafete caracteristice: F - faţa de

degajare, pe care alunecă aşchia în procesul

desprinderii din stratul de bază; F - faţa de aşezare

principală, acea faţă a sculei orientată spre

materialul de prelucrat; F1 – faţa de aşezare

secundară, orientată spre suprafaţa prelucrată. Din

intersecţia feţei de degajare F cu faţa de

aşezare principală F , rezultă tăişul principal Tp; la intersecţia F cu F1 se formează

tăişul secundar Ts, iar la intersecţia celor două tăişuri apare vârful sculei V.

Elementele geometrice ale cuţitului de strung se definesc în raport cu două

sisteme de referinţă, şi anume:

- sistemul de referinţă constructiv, care este un sistem ataşat sculei privită

izolat de procesul de aşchiere, faţă de care se definesc unghiurile constructive ce

servesc la fabricarea şi reascuţirea sculei;

- sistemul de referinţă funcţional, care ţine cont de poziţia de montare a sculei

pe maşină şi de cinematica procesului de aşchiere, faţă de care se definesc două

grupe de unghiuri funcţionale: de poziţie (sau pasive) şi cinematice (sau active),

acestea din urmă fiind determinante pentru desfăşurarea procesului de aşchiere.

FIG.2.10

Fig. 2.10

13

2.2.1.1. Geometria cuţitului de strunjit în sistemul de referinţă constructiv.

Sistemul de referinţă constructiv (fig.2.11) este un sistem de axe

rectangulare, Oxyz, formând un triedru drept (pozitiv) în care: planul xOy reprezintă

planul de bază constructiv (BC ), iar axa Oz constituie axa principală constructivă

(perpendiculară în V pe planul xOy şi orientată în sus).

Planul de bază constructiv este un plan paralel cu suprafaţa de bazare a

corpului sculei, având axa Oy paralelă cu axa longitudinală a sculei. Anticipând, la o

aşezare normală a sculei pe maşină, acest plan în timpul prelucrării este perpendicular pe

viteza principală de aşchiere vz (având direcţia axei Oz).

Considerând cazul general când tăişul sculei este curbiliniu, pentru indicarea

unghiurilor constructive ale tăişului într-un punct oarecare, este necesar să se definească

suplimentar următoarele plane: planul tăişului (T), care este un plan tangent la tăiş în

punctul considerat şi perpendicular pe planul de bază constructiv (el poate fi

principal sau secundar, după tăişul la care se referă); planul de măsurare

constructiv (M), care este un plan binormal pe celelalte două plane şi care conţine

punctul considerat de pe tăiş (el poate fi principal sau secundar, după tăişul la care

se referă).

În figura 2.11 se prezintă sistemul de referinţă constructiv şi unghiurile constructive

ale unui cuţit de strunjit având tăişurile drepte. Celelalte notaţii au următoarele semnificaţii:

ΔTp şi ΔTs – urma planului tăişului principal, respectiv secundar; ΔMp şi ΔMs – urma

planului de măsurare principal, respectiv secundar; Tp – tăişul principal; Ts – tăişul

secundar; r – raza la vârf.

Fig. 2.11

14

În proiecţie pe planul de bază constructiv BC se definesc următoarele

unghiuri constructive:

χ - unghiul de atac principal – unghiul dintre urma planului tăişului principal

şi axa Ox; el are valori foarte diferite, de la =0 (cuţite late) până la = 90, sau chiar

mai mare;

χ1 - unghiul de atac secundar – unghiul dintre urma planului tăişului secundar

şi axa Ox; el are în general valori mici, de câteva grade, pentru a obţine o rugozitate a

suprafeţei cât mai bună;

- unghiul la vârf – unghiul dintre urmele planelor tăişurilor. Mărimea sa

prezintă importanţă privind rezistenţa cuţitului.

Se constată că între cele trei unghiuri există relaţia: o1801 .

În planul de măsurare principal Mp se măsoară unghiurile penei tăişului

principal:

- unghiul de degajare principal – unghiul dintre tangenta la faţa de degajare

F dusă prin punctul considerat M şi planul de bază constructiv. Pentru a favoriza

desprinderea aşchiei, el are de obicei valori pozitive între = 10…30, deşi în cazuri

excepţionale poate avea şi valori negative între = 5…10.

- unghiul de aşezare principal – unghiul dintre tangenta la faţa de aşezare

principală dusă prin punctul considerat M şi planul tăişului. El are rolul de a reduce

frecările dintre faţa de aşezare principală a sculei şi suprafaţa piesei şi are întotdeauna

valori pozitive, de regulă între = 6…12.

- unghiul de ascuţire principal – unghiul dintre tangentele duse prin punctul

M la faţa de aşezare principală şi la faţa de degajare. Mărimea sa prezintă importanţă

privind rezistenţa penei tăişului.

Între unghiurile , şi există relaţia: o90 .

În mod similar se definesc în planul Ms unghiurile constructive ale penei

tăişului secundar: 1, 1 şi 1.

În planul tăişului T apare unghiul de înclinare definit ca unghiul dintre

tangenta la tăiş în punctul considerat şi planul de bază constructiv. El poate fi pozitiv

sau negativ şi prezintă importanţă privind modul de angajare a tăişului în aşchiere, precum

şi la direcţionarea aşchiei în faza de degajare. Astfel, pentru pozitiv, cel mai avansat

punct al tăişului este vârful sculei V, cel mai puţin rezistent, care preia şocul ce apare la

intrarea sculei în aşchiere. De aceea, la sculele pentru degroşare sau la cele armate cu

plăcuţe din carburi metalice (casante!) se recomandă prevederea unor unghiuri negative.

Privind vârful sculei, acesta poate fi ascuţit sau rotunjit cu raza r. Vârful ascuţit

este defavorabil, deoarece prin uzarea sa rapidă se modifică dimensiunea prelucrată pe

piesă. De aceea, se recomandă ascuţirea sculei cu r = (0,5…2) [mm].

15

Unghiurile constructive ale sculei, mai ales şi , prezintă o importanţă

deosebită, deoarece, fiind unghiuri generice, le determină în mare măsură şi pe cele

funcţionale.

2.2.1.2. Unghiurile funcţionale.

Unghiurile funcţionale ale sculelor aşchietoare se definesc în raport cu

sistemul de referinţă funcţional, care este un sistem triortogonal asociat cuplului

sculă-piesă şi ataşat punctului considerat. El se compune din următoarele plane:

Planul de bază funcţional – este un plan perpendicular pe direcţia vitezei de

aşchiere va, şi care conţine punctul considerat de pe tăiş.

Planul de aşchiere – este un plan tangent la suprafaţa instantanee de

aşchiere, perpendicular pe planul de bază funcţional şi care conţine punctul

considerat. El poate fi principal sau secundar, după tăişul, respectiv suprafaţa de

aşchiere, la care se raportează.

Planul de măsurare funcţional – este un plan care conţine punctul considerat

de pe tăişul sculei şi este binormal pe celelalte două plane.

Unghiurile funcţionale se definesc în mod analog cu cele constructive, dar

prin raportare la sistemul de referinţă funcţional, şi anume:

f – unghiul de degajare funcţional – unghiul dintre faţa de degajare a sculei şi

planul de bază funcţional, măsurat în planul de măsurare funcţional.

f – unghiul de aşezare funcţional – unghiul dintre faţa de aşezare a sculei şi

planul de aşchiere, măsurat în planul de măsurare funcţional.

Unghiurile funcţionale sunt de două tipuri: de poziţie şi cinematice.

Pentru înţelegerea mai uşoară a problematicii unghiurilor funcţionale, acestea vor fi

prezentate pentru un caz mai simplu şi anume acela al strunjirii transversale, analizat în

două situaţii (fig.2.12):

- static, ţinând cont doar de poziţia relativă sculă-piesă, fără a considera

cinematica procesului de aşchiere (cu mişcările oprite!), pentru determinarea

unghiurilor funcţionale de poziţie;

- cinematic, în timpul desfăşurării procesului de aşchiere, pentru

determinarea unghiurilor funcţionale cinematice.

Unghiurile funcţionale de poziţie.

Aceste unghiuri sunt determinate de poziţia relativă a sculei faţă de piesă,

stabilită la prinderea acestora pe maşina-unealtă.

În vederea prelucrării, scula se fixează astfel încât planul de bază constructiv

să fie perpendicular pe viteza principală de aşchiere vz.

În figura 2.12,a este prezentat cazul poziţionării sculei “la centru”, adică vârful

16

V al sculei se află la aceeaşi înălţime ca şi centrul O al piesei. În acest caz, pentru

strunjirea transversală cu un cuţit lat având = 0, urma planului de aşchiere A este

identică cu urma planului tăişului T, ambele fiind tangente în V la cercul piesei P; urma

planului de bază funcţional BF este identică cu urma planului de bază constructiv

BC, având direcţie radială, iar planul figurii este tocmai planul de măsurare funcţional

MF, identic cu cel constructiv MC. Se constată că unghiurile de poziţie sunt egale

cu cele constructive (p = şi p = ).

În figura 2.12,b este prezentat cazul poziţionării sculei cu vârful V supraînălţat

cu cota h faţă de centrul O. În acest caz urmele planelor sistemului de referinţă

funcţional nu mai coincid cu cele ale planelor sistemului constructiv, ele fiind rotite

cu unghiul , care se poate calcula cu relaţia:

R

harcsin , (2.10)

R fiind raza piesei. Prin urmare, unghiurile de poziţie diferă de cele constructive, între

ele existând relaţiile:

pp , (2.11)

În cazul subînălţării sculei, unghiul afectează în mod invers unghiurile de

poziţie, care se calculează cu relaţiile:

pp , (2.12)

Unghiurile funcţionale cinematice.

Aceste unghiuri apar în timpul desfăşurării procesului de aşchiere şi sunt

determinate de cinematica prelucrării.

În figura 2.13 sunt prezentate unghiurile funcţionale care apar la o strunjire

transversală cu un cuţit lat având = 0,reglat la centru. Piesa P execută mişcarea

principală n, iar scula S se deplasează radial în mişcarea de avans wt. Prin compunerea

Fig.2.12

Fig.2.12

17

celor două mişcări, vârful sculei V

descrie în materialul piesei o tra-

iectorie tip spirală arhimedrică,

după o rotaţie ajungând în punctul

V’. Segmentul 'VV este pasul

spiralei, egal cu avansul transversal

st. Planul de aşchiere, tangent la

suprafaţa instantanee de

aşchiere, are urma A tangentă

la spirala arhimedrică şi diferită

de urma planului tăişului T.

Între cele două urme există un

unghi , care este tocmai unghiul

de rotire al sistemului de referinţă

funcţional faţă de cel constructiv. El poate fi calculat din triunghiul dreptunghic VV1V’, a

cărui ipotenuză reprezintă desfăşurata spiralei, cu relaţia:

D

sarctg t

, (2.13)

unde D este diametrul iniţial de prelucrare.

Notând cu F şi F unghiurile funcţionale, acestea se pot exprima în funcţie de

cele constructive şi , prin relaţiile:

FF , (2.14)

De remarcat că în timpul prelucrării st = ct., dar D0, deci 90, astfel încât,

după un anumit drum parcurs de sculă, deoarece , va rezulta F 0, apărând frecări

tot mai intense între faţa de aşezare a sculei şi suprafaţa de prelucrat. Acest fenomen

negativ apare şi la alte prelucrări, de exemplu la burghiere, şi nu poate fi eliminat în

totalitate.

Prin suprapunere de efecte, ţinând cont atât de influenţa poziţiei sculei, cât şi

de cea a cinematicii procesului, considerând relaţiile (2.11), (2.12) şi (2.14),

unghiurile funcţionale se pot calcula cu relaţiile generale:

FF , , (2.15)

în care semnele de sus corespund unei scule supraînălţate, iar cele de jos la o sculă

subînălţată.

2.3. Materiale pentru fabricarea sculelor aşchietoare.

În procesul de aşchiere, sculele aşchietoare sunt supuse la solicitări mecanice

şi termice mari, din care cauză partea activă a sculelor trebuie confecţionată din

materiale care să îndeplinească următoarele cerinţe:

Fig,2.13

Fig.2.13

18

- duritate mare, mai mare decât a materialului de prelucrat;

- rezistenţă mare la uzură:

- stabilitate la temperaturi ridicate;

- tenacitate;

- rezistenţă la încovoiere ţi torsiune.

În prezent, se utilizează mai multe tipuri de materiale cu proprietăţi specifice, nici

unul însă nu posedă toate proprietăţile cerute mai sus.

Oţelurile carbon de scule sunt aliaje fier-carbon cu un conţinut de carbon de

0,6…1,4[%]. Prin călire în apă, după o încălzire la 750-800 [ ºC], se obţin durităţi de

(62…65) HRC, care le asigură o rezistenţă ridicată la uzură. Cu creşterea conţinutului de

carbon, creşte duritatea dar scade tenacitatea. Au o stabilitate termică redusă, până la

200…250 [ ºC], corespunzând unor viteze de aşchiere mici, de 2…10[m/min]. Se

folosesc la confecţionarea sculelor manuale, la burghie de diametre mici, filiere,

pânze de fierăstrău, etc.

Oţelurile aliate pentru scule conţin ca elemente de aliere wolfram, crom,

vanadiu, molibden, nichel, mangan, etc., după conţinutul elementelor de aliere putând fi

slab sau înalt aliate (rapide). Prin călire ating durităţi de 63…65 HRC, având şi o

tenacitate ridicată.

Oţelurile slab aliate rezistă până la 300…350 [ ºC], permiţând viteze de aşchiere de

10…20[m/min], iar cele rapide până la 650 [ ºC] şi viteze de 20…50[m/min].

Au o călibilitate bună, fără deformări şi fisurări, ceea ce le recomandă la

fabricarea sculelor masive precum frezele, sculele de danturat, de broşat, etc. Fiind

scumpe, se recomandă, atunci când este posibil, să se utilizeze numai pentru partea

activă a sculei, restul confecţionându-se dintr-un oţel carbon de construcţie.

Aliajele dure conţin cantităţi mari de cobalt (33…55 [%]), crom (20…25 [%]) şi

wolfram (9…17 [%]). Se toarnă în bare şi se aplică pe suprafeţele active ale sculei prin

arc electric sau cu flacără oxiacetilenică, fiind utilizate mai ales la recondiţionarea

sculelor. Au o duritate ridicată 60…65 HRC şi sunt stabile termic până la 750…800 [ ºC].

Cu creşterea conţinutului de cobalt creşte tenacitatea dar scade duritatea, iar cu

creşterea conţinutului de wolfram creşte duritatea şi scade tenacitatea.

Aliajele dure sinterizate (sau carburile metalice) sunt compuse din carburi

greu fuzibile de wolfram şi de titan, legate prin sinterizare cu ajutorul unui liant, de

obicei cobaltul. Se confecţionează sub formă de pastile de diferite forme, care se

aplică pe partea activă a sculei prin lipire sau prin prindere mecanică. Au o duritate

mare şi o tenacitate redusă, avand stabilitate termica ridicata, până la 900…1000 [ ºC], şi admiţând viteze mari de 70…200 [m/min].

După destinaţie, se împart în trei grupe: grupa P, utilizate la prelucrarea

materialelor cu plasticitate ridicată, care dau aşchii de curgere; grupa M

(multiscop),având o gamă largă de utilizări; grupa K, utilizate la prelucrarea

materialelor casante, care dau aşchii de fragmentare sau de rupere.

19

Materialele mineralo-ceramice se realizează prin sinterizare sub formă de

plăcuţe şi au la bază oxid de aluminiu (Al2O3) pur (culoare roz), sau Al2O3 în amestec

cu molibden sau titan (culoare cenuşie), sau Al2O3 în amestec cu carburi de

wolfram, titan sau molibden(culoare neagră).

Au duritate şi rezistenţă la uzură foarte ridicată, sunt stabile termic până la

temperaturi de 1100…1300 [ ºC] şi admit viteze mari de aşchiere, până la 1000…2000

[m/min], dar sunt foarte casante. Se utilizează la prelucrări de finisare, mai ales la

materiale neferoase.

Diamantul natural sau sintetic are duritatea maximă şi o rezistenţă la uzură

superioară tuturor celorlalte materiale pentru scule. Este stabil până la temperaturi de

1800 [ ºC], permiţând, la prelucrarea materialelor neferoase, viteze până la 4500

[m/min], dar este foarte fragil, motiv pentru care se practică o geometrie cu unghiuri

negative.

Se utilizează sub formă de monocristal aplicat pe sculă prin lipire, sub formă

de plăcuţe din policristale sinterizate cu cobalt şi sub formă de pulberi la fabricarea

sculelor abrazive.

Se foloseşte la prelucrări de finisare şi superfinisare, mai ales la prelucrarea

materialelor neferoase, cu avansuri foarte mici, până la 0,01 [mm/rot], asigurând

precizii şi rugozităţi comparabile cu rectificarea.

Sculele abrazive vor fi tratate separat, cu ocazia prezentării maşinilor de rectificat

şi de superfinisat.

2.4. Influenţa geometriei sculei şi a regimului de aşchiere asupra

rugozităţii, suprafeţei prelucrate.

În procesul de aşchiere, datorită mişcării de avans a sculei, aceasta ajunge după

fiecare rotaţie pe aceeaşi generatoare a piesei într-o poziţie deplasată axial cu mărimea

avansului longitudinal sl (fig. 2.14, a). Datorită imprimării formei vârfului cuţitului şi a

tăişului secundar pe piesă, suprafaţa prelucrată rezultă cu asperităţi care determină

rugozitatea.

Pentru un cuţit cu vârful ascuţit înălţimea asperităţilor h poate fi calculată pornind

de la schema din figura 2.14,b. Din ΔVBA’ şi ΔVBA, se obţin: 1;' ctghBActghBA ,

iar cum lsBABA ' , rezultă relaţia:

1 ctgctg

sh l

(2.16)

Înălţimea asperităţilor depinde, prin urmare, de mărimea avansului şi de

unghiurile de atac ale sculei.

20

Pentru un cuţit cu vârful rotunjit cu o rază lsr 5,0 , este valabilă schema din

figura 2.14,c, în care OBOVh . Cum rOV , iar OB poate fi calculat din ΔOBA,

aplicând teorema lui Pitagora, rezultă:

4

22 ls

rrh , (2.17)

din care, după transformare, aproximând h2 = 0, se obţine:

r

sh l

8

2

. (2.18)

În acest caz influenţa avansului este şi mai mare.

Deoarece rugozitatea finală rezultă în urma fazei de prelucrare de finisare,

pentru obţinerea unor rugozităţi reduse la aceste prelucrari trebuie să se utilizeze

avansuri mici şi scule cu rază la varf cât mai mare.

2.5. Secţiunea transversală de aşchiere.

Prin secţiunea transversală de aşchiere se înţelege suprafaţa din materialul

de prelucrat asupra căreia scula acţionează la un moment dat în vederea realizării

procesului de aşchiere.

În figura 2.15 este prezentată secţiunea transversală de aşchiere la strunjirea

unei suprafeţe cilindrice, utilizând un cuţit cu vârful ascuţit. Ea corespunde

suprafeţei paralelo-gramului VV’A’A şi este caracterizată prin mărimile: a – grosimea

de aşchiere şi b – lăţimea de aşchiere, care pot fi calculate în funcţie de unghiul de

atac şi de parametrii regimului de aşchiere t şi sl, cu relaţiile:

sin;sin

tbsa l . (2.19)

Fig.2.14

Fig. 2.14

21

Aria nominală qn a secţiunii de aşchiere este aria paralelogramului V V’A’A şi

se calculează cu relaţiile:

][ 2mmtsbaq ln (2.20)

Datorită influenţei tăişului secundar al sculei,

aria reală qr corespunde patrulaterului

BV’A’A, fiind deci mai mică decât aria

nominală qn.

De menţionat că forma secţiunii de

aşchiere depinde de forma părţii active a

sculei aşchietoare şi de cinematica

procesului de aşchiere, putându-se obţine şi

forme curbilinii sau combinate.

Tasarea aşchiei.

Ca urmare a deformaţiilor plastice ce apar

în timpul formării aşchiei, aria secţiunii

transversale a aşchiei obţinute este mai mare

decât aria reală

a secţiunii de aşchiere, iar lungimea aşchiei este mai mică decât lungimea drumului

parcurs de sculă pentru formarea ei. Acesta este fenomenul de tasare a aşchiei, care

se apreciază cantitativ prin coeficienţii de tasare a aşchiei definiţi astfel:

,4...5,1'

;2,1...1'

;4...5,1'

l

lK

b

bK

a

aK lba (2.21)

unde l este lungimea drumului parcurs de sculă, iar a’, b’ şi l’ sunt caracteristicile

geometrice ale aşchiei.

Deoarece în procesul formării aşchiei volumul de material aşchiat se

conservă, adică ''' lbalba , rezultă:

ba

ba

l

l

''

', sau abal KKKK (2.22)

adică aşchia se îngroaşă proporţional cu scurtarea.

Cunoaşterea secţiunii transversale de aşchiere şi a fenomenului de tasare a aşchiei

prezintă importanţă privind forţele şi lucrul mecanic de aşchiere.

2.6. Noţiuni despre formarea aşchiei.

Procesul formării aşchiei este un proces complex, determinat de acţiunea

mecanică a sculei aşchietoare asupra materialului de prelucrat, în care au loc

fenomene de deformare elastică şi plastică, fenomene de frecare, termice, de uzură

etc. Datorită complexităţii sale, studiile teoretice au fost completate de cele experimentale,

rezultatele cercetărilor fiind prezentate succint, din punct de vedere calitativ, în cele ce

urmează.

Fig.2.15

.

Fig. 2.15

22

Mecanismul formării aşchiei este diferit la materialele tenace (care au o

capacitate mare de deformare plastică) faţă de cele casante.

Pentru materiale tenace, categorie care cuprinde cele mai utilizate materiale

precum oţelurile, cuprul, aliajele de aluminiu, etc., formarea aşchiei are loc după

mecanismul prezentat în figura 2.16.

Considerând poziţia iniţială a sculei cu vârful în punctul V, prin deplasarea acesteia

cu viteza vz , materialul din vecinătatea punctului V suferă mai întâi deformaţii elastice,

iar apoi, prin depăşirea limitei de curgere, apar deformaţii plastice care devin tot mai

intense şi se extind treptat în masa materialului din faţa sculei, determinându-l să alunece

în direcţia planului de alunecare V’A”, înclinat faţă de direcţia de deplasare a sculei cu

unghiul de alunecare a. Treptat, materialul din zona VV’A’A ia forma V’A’A”V”. Simultan

cu deformarea plastică a materialului apare fenomenul de ecruisare, care se manifestă

prin creşterea efortului de deformare, astfel încât, la un moment dat, acesta depăşeşte

valoarea efortului limită de forfecare şi începe ruperea elementului de aşchie V’A’A”V”

de stratul de bază după planul de forfecare V’A’, înclinat cu unghiul de forfecare .

Cele două plane, de alunecare

şi de forfecare, pot fi observate

experimental prin cercetări meta-

lografice.

Prin continuarea deplasării

sculei, începe formarea unui nou

element de aşchie, ş.a.m.d.,

fenomenul repetându-se periodic.

În timpul formării şi desprinderii

elementului de aşchie apar

deplasării de material de-a lungul

feţei de degajare a sculei, care de-

termină apariţia unor forţe de frecare exterioare, şi de-a lungul planului de forfecare,

care determină frecări interioare. Forţele de frecare determină, la rândul lor,

fenomene termice de încălzire şi dilatare a elementelor participante la proces,

precum şi fenomenul de uzură a sculei aşchietoare.

Intensitatea deformaţiilor plastice şi gradul de ecruisare al materialului în

procesul formării aşchiei depind de următorii factori: proprietăţile fizico-mecanice

ale materialului de prelucrat, mai ales plasticitatea acestuia; regimul de aşchiere, în

principal viteza vz; geometria sculei aşchietoare, în principal unghiul ; materialul

sculei şi condiţiile de răcire-ungere. În funcţie de aceştia, în procesul aşchierii

materialul poate atinge diferite grade de ecruisare, putând să rezulte trei tipuri de aşchii:

de curgere, de forfecare şi de fragmentare.

Aşchiile de curgere (fig.2.17,a) au forma unor benzi continue curbate, având

suprafaţa exterioară lucioasă, datorită frecării pe faţa de degajare a sculei, iar

Fig,2.16

Fig. 2.16

23

suprafaţa interioară cu zimţi mici neregulaţi. Ele se produc la prelucrarea

materialelor cu plasticitate ridicată, fiind favorizate de viteze mari de aşchiere,

avansuri mici, unghiuri de degajare mari şi frecări reduse, condiţii care nu conduc la

ecruisarea totală a materialului, producându-se doar alunecări după planul de

alunecare.

Aşchiile de forfecare (fig.2.17,b) au forma unei benzi continue curbate, cu

suprafaţa exterioară lucioasă iar cea interioară zimţată uniform, cu zimţi mari care

corespund elementelor de aşchie ce rămân sudate între ele. Aceste aşchii apar la

prelucrarea materialelor cu plasticitate medie, la viteze de aşchiere mai mici decât la

aşchiile de curgere, la avansuri mai mari şi unghiuri de degajare mai mici, atunci când

forfecarea nu este totală.

Aşchiile de fragmentare (fig.2.17, c) se prezintă sub forma unor fragmente de

aşchie constituite prin gruparea unui număr variabil de elemente de aşchie. Ele apar

la prelucrarea materialelor mai puţin tenace sau la viteze mici de aşchiere, avansuri

mari şi unghiuri de degajare mici sau negative, când forfecarea este totală.

De remarcat că tipul aşchiei obţinute depinde de ansamblul factorilor amintiţi, prin

suprapunere de efecte, pentru acelaşi material putând să se obţină aşchii diferite, în

funcţie de ponderea celorlalţi factori.

În figura 2.17,d sunt prezentate aşchiile de rupere, care apar la prelucrarea

materialelor casante (fonte, bronzuri,etc.). La aceste materiale mecanismul de

formare a aşchiei diferă de cel de la materialele tenace, deoarece ele nu suportă

deformaţii plastice. Prin acţiunea vârfului sculei asupra materialului de prelucrat apare o

microfisură pe traseul VV’, care se propagă apoi rapid şi aleator în adâncime pe traseul

V’A, rezultând o particulă de formă oarecare.

Dintre tipurile de aşchii prezentate mai sus, aşchia de curgere nu este de dorit

datorită dezavantajelor pe care le prezintă:

Fig,2.17

Fig. 2.17

24

- datorită formei de bandă de lungime mare, se poate înfăşura pe piesă, sculă,

sau pe organele de lucru ale maşinii, incomodând sau chiar împiedicând

desfăşurarea prelucrării;

- împiedică folosirea aparatelor de control automat;

- constituie o sursă de pericol de accidentare a operatorului uman;

- având o densitate redusă ocupă un volum mare, necesitând oprirea

frecventă a maşinii în vederea evacuării ei;

- necesită dotarea secţiilor de producţie cu instalaţii de brichetare a ei în

vederea reciclării, sporind astfel costurile.

Aceste inconveniente pot fi înlăturate prin evitarea apariţiei aşchiei de curgere,

acţionând pe următoarele căi:

- modificarea compoziţiei chimice a materialului de prelucrat, prin

introducerea unor adausuri de sulf şi fosfor (la elaborarea unor oţeluri destinate

prelucrărilor pe automate);

- aplicarea unor tratamente termice;

- modificarea regimului de aşchiere, metodă nerecomandată deoarece

afectează productivitatea (prin reducerea vitezei de aşchiere va) sau rugozitatea

(prin mărirea avansului s);

- adoptarea unei geometrii speciale a sculei aşchietoare care să determine o

deformare suplimentară a aşchiei ( - negative) sau să conducă la înfăşurarea ei sub

formă de şpan elicoidal ( - pozitive);

- folosirea fragmentatorilor de aşchie.

Fragmentatorii de aşchii pot fi de trei feluri: ficşi, reglabili şi dinamici.

Fragmentatorii ficşi constau în practicarea unor trepte (fig.2.18,a) sau canale

(fig.2.18,b), având anumite dimensiuni, pe faţa de degajare a sculei, care, producând o

încovoiere suplimentară a aşchiei determină ruperea ei. Ei măresc cheltuielile de

exploatare ale sculei şi au o eficienţă limitată, la un anumit regim de aşchiere, mărind

totodată lucrul mecanic de aşchiere.

Fig.2.18

25

Fragmentatorii reglabili (fig.2.18,c) constau în utilizarea unor praguri reglabile PR,

care elimină unele dezavantaje ale fragmentatorilor ficşi.

La aşchierea unor materiale cu plasticitate ridicată, la anumite regimuri de

aşchiere, poate să apară fenomenul de depunere pe tăiş (fig. 2.19), determinat de

aderenţa materialelui de prelucrat la suprafaţa de degajare a sculei. Când depunerile

depăşesc anumite dimensiuni, apar rupturi după direcţiile 1-1 şi 2-2, fenomenul având un

caracter periodic cu o frecvenţă de 5…50Hz.

Depunerile pe tăiş se consideră avantajoase când apar la prelucrările de

degroşare, realizând o anumită protejare a sculei, dar sunt dezavantajoase la

finisare deoarece particolele rezultate din ruperea lor, aderând la suprafaţa prelucrată,

măresc rugozitatea şi modifică cota de reglare.

Fenomenul apare la viteze de aşchiere între

4…40 [m/min], pentru viteze mai mari, prin creşterea

temperaturii peste 600 [C], materialul se plastifiază

şi este înlăturat continuu pe măsură ce se depune.

2.7. Mecanica procesului de aşchiere.

Cunoaşterea forţelor, a lucrului mecanic şi a puterii de aşchiere prezintă o

importanţă deosebită privind alegerea maşinii-unelte, alegerea sau dimensionarea

sculelor aşchietoare şi a dispozitivelor de lucru, precum şi la realizarea preciziei de

prelucrare, determinată de rigiditatea sistemului tehnologic de prelucrare.

2.7.1. Forţele de aşchiere.

Pentru realizarea procesului de aşchiere scula aşchietoare trebuie acţionată

cu o forţă exterioară mai mare decât cea interioară necesară învingerii rezistenţei

materialului de prelucrat. Aşadar, pentru a putea calcula foţele exterioare este necesar

să se determine mai întâi forţele interioare de aşchiere.

Forţele interioare apar ca urmare a eforturilor dezvoltate în material la

solicitările la care acesta este supus şi datorită forţelor de frecare interioare

(fig.2.20).

În timpul desfăşurării procesului de aşchiere, materialul de prelucrat este supus

la solicitări de compresiune şi de forfecare. Considerând o suprafaţă elementară dA

din planul de forfecare, asupra ei se manifestă efortul de compresiune σc şi cel de

forfecare , care, integrate la nivelul ariei A a planului de forfecare, determină forţa

rezistentă de compresiune Ac

Rc şi rezistenţa de forfecare ARF .

Fig.2.19

Fig. 2.19

26

Datorită alunecărilor, în planul de forfecare apare o forţă de frecare interioară Ffi

, proporţională cu Rc şi cu coeficientul de frecare interioară I:

ARF ciciiσμμf . (2.23)

Cele trei forţe dau prin compunere rezistenţa interioară iFci fFRRR , care,

transpusă pe faţa de degajare a sculei în centrul de presiune C, poate fi descompusă

într-o componentă normală la suprafaţă Rn şi una tangenţială Rt, deci:

''

tni RRR (2.24)

Datorită alunecării aşchiei pe faţa de degajare, componenta normală Rn determină

o forţă de frecare exterioară pe faţa de degajare, Ff, proporţională cu coeficientul de

frecare exterioară e, nef RF , care compusă cu Ri determină forţa rezultantă pe faţa

de degajare:

fi FRR . (2.25)

În acelaşi timp, pe faţa de

aşezare a sculei, în centrul de

presiune C, datorită

deformaţii-lor elastice ale

materialului, apa-re o forţă de

compresiune Rn, care,datorită

deplasării sculei,de-

termină forţa de frecare

exterioară pe faţa de aşezare

nef RF ; Ff , prin compune-

re cu Rn determină forţa rezultantă pe faţa de aşezare:

fn FRR . (2.26)

Prin urmare, rezistenţa totală de aşchiere R, opusă sculei aşchietoare se

calculează cu relaţia:

ffni FFRRRRR . (2.27)

Această forţă trebuie învinsă de forţa exterioară aplicată sculei din partea maşinii-

unelte.

În practică, nu interesează direct rezistenţa totală de aşchiere R, ci

componentele sale după direcţii specifice fiecărui procedeu de prelucrare în parte,

acestea reprezentând forţele exterioare de aşchiere.

Pentru strunjirea longitudinală, rezultanta R se descompune după trei direcţii

perpendiculare între ele, rezultând următoarele forţe exterioare (fig. 2.21):

Fig.2.20

Fig.2.20

27

- forţa principală de aşchiere, Fz,

orientată pe direcţia mişcării principale ;

- forţa axială, sau de avans, Fx,

orientată pe direcţia axei piesei;

- forţa radială, sau de respingere,

Fy, care caută să îndepărteze scula de

suprafaţa prelucrată.

Cunoaşterea forţelor exterioare

de aşchiere prezintă importanţă la

alegerea sau verificarea maşinii-

unelte utilizate pentru efectuarea

prelucrării, la verificarea sau

dimensionarea sculelor aşchietoare şi a dispozitivelor de lucru, la verificarea

stabilităţii piesei în timpul prelucrării şi la calcularea erorilor de prelucrare datorate

cedărilor elastice ale elementelor componente ale sistemului tehnologic de

prelucrare.

Forţa principală Fz, fiind cea mai mare componentă, determină în principal

solicitările sistemului şi fiind orientată pe direcţia vz determină puterea principală de

aşchiere. Ea are o influenţă redusă asupra preciziei de prelucrare, deoarece

acţionează după direcţie tangenţială la piesă.

Forţa de respingere Fy prezintă cea mai mare importanţă privind precizia de

prelucrare (fig.2.22) deoarece, acţionând după direcţie radială, deformaţiile produse

de ea afectează direct dimensiunea prelucrată şi forma suprafeţei. Astfel, la prinderea

piesei între vârfuri rezultă abateri de formă butoi, iar la prinderea la un capăt, o abatere

de conicitate. În ambele cazuri eroarea dimensională este 2f, f fiind deformaţia axei

piesei (săgeata) pentru cazul respectiv.

Mărimea forţelor de aşchiere este

influenţată de următorii factori:

proprietăţile fizico-mecanice ale

materialului de prelucrat, mărimea

secţiunii transversale de aşchiere,

geometria sculei aşchietoare, condiţiile

de răcire-ungere, gradul de uzură al

sculei, viteza de aşchiere şi materialul

sculei.

Fig.2.22

Pentru calculul forţelor exterioare de aşchiere s-au stabilit, prin cercetări

teoretice şi experimentale, relaţii de forma:

Fig,2.21

Fig.2.21

28

z

YX

Fzz

y

YX

Fyy

x

YX

Fxx

KstCF

KstCF

KstCF

FzzF

FyyF

FxxF

, (2.28)

în care CFx , CFy şi CFz reprezintă forţa specifică de aşchiere, adică forţa necesară

desprinderii unei aşchii cu secţiunea unitară (t = s = 1 mm), caracteristică materialului de

prelucrat, pentru anumite condiţii date; xFx, xFy, xFz, yFx, yFy, yFz sunt exponenţi ce exprimă

influenţa adâncimii de aşchiere, respectiv a avansului, asupra forţelor de aşchiere; Kx, Ky

şi Kz – coeficienţi de corecţie, care ţin cont de condiţiile concrete de lucru.

Pentru calcule aproximative se poate proceda la calcularea forţei Fz, considerând

Kz=1, iar apoi se determină Fx şi Fy cu relaţiile:

zy

zx

FF

FF

)45,0...35,0(

)35,0...25,0(, (2.29)

deşi raportul dintre cele două forţe depinde de unghiul .

O altă metodă permite calcularea forţei principale de aşchiere cu o relaţie de

forma:

qKF sz , (2.30)

în care Ks [N/mm2] este forţa specifică de aşchiere, iar q [mm2] - secţiunea aşchiei. Prin

cercetări experimentale s-au stabilit relaţiile de dependenţă ale Ks de rezistenţa la rupere

σr (pentru materiale tenace) şi funcţie de duritate (pentru materiale casante) şi anume:

HBKK srs )1...5,0(;)5,4...5,2( (2.31)

2.7.2. Lucrul mecanic şi puterea de aşchiere.

Procesul de aşchiere este un proces dinamic în care rezistenţa totală de aşchiere R

se deplasează pe distanţe determinate, pentru aceasta fiind necesar un lucru mecanic:

cos lRL , (2.32)

l fiind lungimea deplasării, iar - unghiul dintre vectorii R şi l . Acest lucru mecanic este

efectuat de maşina-unealtă, care trebuie să dispună de puterea necesară.

Considerând componentele forţei de aşchiere, expresia lucrului mecanic devine:

zzyyxx lFlFlFL , (2.33)

unde lx, ly şi lz reprezintă deplasările pe direcţiile

celor trei forţe, care pot fi determinate cu

formule specifice, de la caz la caz. Astfel,

considerând cazul strunjirii unei suprafeţe

conice (fig. 2.23), se obţine:

l

zyxs

lddl

ddlll

2;

2; 2112

. (2.34)

La strunjirea unei suprafeţe cilindrice

0yl , iar relaţia (2.33) devine:

Fig.2.23

29

zzxx lFlFL , (2.35)

Puterea de aşchiere se obţine derivând ecuaţia lucrului mecanic în raport cu timpul:

zzyyxxz

z

y

yx

xas vFvFvFdt

dlF

dt

dlF

dt

dlF

dt

dLP , (2.36)

relaţie în care vz este viteza principală de aşchiere, iar vx = wl şi vy = wt, adică vitezele de

avans corespunzătoare. În exemplul considerat, avem:

nsvnsvn

ddv tylxz

;;

10002

21. (2.37)

Practic, deoarece yxz FFF , iar yxz vvv , , puterea consumată pentru mişcarea

de avans poate fi neglijată, iar puterea de aşchiere se calculează cu relaţia:

min];[,][

000.60

mzz

zzas vNFcuKW

vFP . (2.38)

Cunoscând puterea de aşchiere necesară, se poate calcula puterea motorului

de antrenare al maşinii-unelte, cu relaţia:

t

asM

PP

, (2.39)

în care ηt este randamentul total al laţului cinematic, calculat ca produs al randamentelor

mecanismelor componente.

2.8. Fenomene termice în procesul de aşchiere.

Lucrul mecanic total consumat pentru realizarea procesului de aşchiere se obţine

din însumarea lucrurilor mecanice necesare învingerii rezistenţelor parţiale. Astfel,

abordând problema într-o altă manieră decât cea de mai sus, se poate scrie:

disaffde LLLLLLL (2.40)

în care: Le este lucrul mecanic datorat deformaţiilor elastice; Ld – lucrul mecanic de

deformaţie plastică; Lf, Lf - lucrul mecanic al forţelor de frecare pe faţa de aşezare,

respectiv pe faţa de degajare; La – lucrul mecanic de deformare al aşchiei după

desprinderea din materialul de bază; Ldis – lucrul mecanic de dispersie, consumat pentru

formarea suprafeţei de aşchiere (acţiunea tăişului secundar, vibraţii).

În lucrul mecanic total, suma ffd LLL are o pondere de peste 95%, iar în cadrul

acestei sume ponderea celor trei componente variază în funcţie de condiţiile de aşchiere.

Astfel, la viteze mai mici de 50[m/min], Ld reprezintă cca. 80%, iar la viteze peste

100[m/min] (la finisări) Lf atinge 90%.

2.8.1. Surse de căldură în procesul de aşchiere

Conform principiului cunoscut, lucrul mecanic se transformă în căldură, astfel

încât fiecare din cei trei termeni formează câte o sursă de căldură (fig. 2.24). Această

căldură se repartizează între elementele participante la proces cu care se află în contact

direct:

30

- în planul de forfecare: APd QQQL 111 ,care se repartizează între piesă şi aş-

aschie aschie;

- pe faţa de degajare: SAf QQQL 222 ,

distribuită între aşchie şi sculă;

- pe faţa de aşezare: SPf QQQL 333 ,

repartizată între piesă şi sculă.

Cantitatea totală de căldură primită de

fiecare element este următoarea:

- pentru piesă: PPP QQQ 31 ;

- pentru aşchie: AAA QQQ 21 ; (2.41)

- pentru sculă: SSS QQQ 32 .

Cantitatea totală de căldură produsă

în procesul de aşchiere:

SAPt QQQQQQQ 321 ,

se repartizează între cele trei elemente în procente diferite de la un procedeu de

prelucrare la altul, sau chiar pentru acelaşi procedeu în funcţie de regimul de aşchiere.

Căldura primită de fiecare element este în parte evacuată prin radiaţie către

mediul înconjurător, sau transportată de lichidul de răcire-ungere, iar restul este

acumulată în element, astfel că putem scrie:

SASES

AAAEA

PAPEP

QQQ

QQQ

QQQ

, (2.42)

indicele E semnificând căldura evacuată, iar A cea acumulată.

Căldura acumulată de fiecare element determină creşterea temperaturii

acestuia, conform relaţiei:

tmcQ , (2.43)

în care c este căldura specifică, m – masa elementului respectiv, iar Δt creşterea de

temperatură.

Cea mai mare temperatură o atinge aşchia, deoarece se află în contact cu cele

două mari surse de căldură Q1 şi Q2 şi are o masă redusă, apoi scula, iar cel mai puţin se

încălzeşte piesa (datorită masei mari şi suprafeţei mari de evacuare a căldurii).

Creşterea de temperatură în timpul prelucrării prezintă interes în primul rând

pentru sculă, deoarece depăşirea temperaturii limită admisă de materialul sculei

determină scăderea durităţii, accelerarea uzurii şi scoaterea rapidă din uz a acesteia. De

asemenea, creşterea de temperatură provoacă dilatarea elementelor, conform relaţiei

cunoscute: Tll , afectând precizia de prelucrare; din acest punct de vedere

importanţă maximă o prezintă piesa (mai ales la dimensiuni mari!), care poate fi rebutată.

Fig.2,24

Fig. 2.24

31

2.8.2. Lichide de răcire-ungere

Lichidele de răcire-ungere utilizate în procesul de aşchiere au rolul reducerii

temperaturii părţii active a sculei, permiţând prin aceasta creşterea vitezei de aşchiere şi

deci a productivităţii. La unele prelucrări ele contribuie şi la evacuarea aşchiilor (de

exemplu la găurirea adâncă, la rectificare etc.).

Reducerea temperaturii sculei are loc ca urmare a creşterii cantităţii de căldură

evacuate, dar şi prin reducerea frecărilor şi deci a cantităţii de căldură produsă în proces,

pentru o eficienţă maximă lichidul trebuind să circule cât mai aproape de tăiş. O bună

utilizare a lichidului produce o scădere a temperaturii cu 100…150 [ºC].

Pe lângă proprietăţi cât mai bune de răcire, ungere şi spălare, aceste lichide trebuie

să fie termostabile, să nu fie corozive sau toxice, şi să aibă un cost cât mai redus. Aceste

cerinţe sunt satisfăcute în măsuri diferite de lichidele cunoscute şi utilizate după cum se

prezintă în continuare.

Soluţiile apoase, formate din apă cu sodă sau săpun, au proprietăţi foarte bune de

răcire dar slabe de ungere, sunt corozive, dar nu sunt toxice şi sunt foarte ieftine. Se

recomandă la prelucrarea materialelor uşor prelucrabile, la degroşare şi atunci când

necesarul şi consumul de lichid este mare.

Emulsiile, formate din apă şi ulei mineral, au proprietăţi bune de răcire şi ungere, nu

sunt corozive sau toxice şi au un cost mediu. Sunt cele mai recomandate la prelucrările de

degroşare, la oţeluri cu prelucrabilitate bună şi bronzuri.

Uleiurile minerale şi vegetale au proprietăţi foarte bune de ungere, dar reduse de

răcire, nu sunt corozive sau toxice dar sunt foarte scumpe. Sunt recomandate la

prelucrarea materialelor greu aşchiabile, la prelucrările de finisare, deoarece asigură o

rugozitate redusă, şi la cele care implică o sculă complexă şi scumpă (danturare, broşare,

etc.), prin reducerea uzurii scăzând cheltuielile de exploatare a sculei.

Uleiurile şi emulsiile active, activarea lor realizându-se prin introducerea unor canti-

tăţi foarte mici (0,1…1[%]) de substanţe capilar-active (de exemplu acizi organici haloge-

naţi sau sulfonaţi şi sărurile acestora), care pătrund în fisurile din materialul prelucrat şi

creează un efect de pană, reducând lucrul mecanic de aşchiere. Fiind scumpe şi toxice se

utilizează doar la prelucrarea oţelurilor aliate greu prelucrabile, pe maşini-unelte automate.

Petrolul lampant are foarte bune proprietăţi de spălare, fiind recomandat la

prelucrarea materialelor casante (fontă, sticlă),

Unele materiale, precum cuprul şi aliajele de aluminiu, se prelucrează fără răcire.

La prelucrările realizate cu scule armate cu carburi metalice, spălarea trebuie să fie

abundentă şi continuă, evitându-se astfel apariţia unor fisuri datorate şocurilor termice.

32

2.9. Uzura şi durabilitatea sculelor aşchietoare.

În timpul procesului de aşchiere scula aşchietoare este supusă la intense solicitări

mecanice şi termice, însoţite de deplasări relative sculă-piesă şi sculă-aşchie. Datorită

contactului intim între cele trei elemente, caracterizat prin presiuni mari de contact şi

temperaturi ridicate, prin frecare are loc desprinderea de particule de pe suprafeţele active

ale sculei, având drept consecinţă modificarea în timp a geometriei acesteia şi înrăutăţirea

condiţiilor de prelucrare. Acesta este fenomenul de uzură, care prezintă o importanţă

maximă atât pentru durabilitatea sculelor aşchietoare, cât şi pentru productivitatea şi costul

prelucrărilor prin aşchiere.

2.9.1. Cauzele uzurii.

Se cunosc mai multe forme de uzură, fiecare având o cauză specifică, prezentate

în continuare.

Uzura prin abraziune este determinată de acţiunea mecanică a constituenţilor duri

din structura materialului de prelucrat,cum sunt cementitele şi carburile elementelor de ali-

ere. Deoarece scula are o duritate comparabilă sau mai mare decât a acestor constituenţi,

în condiţii normale uzura este redusă; ea creşte însă foarte mult atunci când, datorită creş-

terii temperaturii, structura martensitică a sculei se modifică (scula se decăleşte) şi îi sca-

de duritatea.

Uzura prin adeziune apare datorită aderenţei constituenţilor moi (ferita, cobaltul) din

materialul sculei la materialul de prelucrat, fenomen favorizat de presiunile mari de contact

şi de temperaturi între 300…600 [ºC].

Când forţele de aderenţă sunt mai mari ca cele de coeziune interioare, particulele

aderate sunt smulse din stratul superficial al sculei şi transportate de către aşchie sau pie-

să, slăbindu-se astfel legăturile constituenţilor duri, care apoi vor fi antrenaţi şi ei, apărând

fenomenul de uzură. Prin acest fenomen se explică uzarea sculelor foarte dure (cu carburi

metalice) chiar şi la prelucrarea materialelor cu duritate redusă (oţeluri moi, aluminiu, etc.).

Uzura prin difuziune se produce datorită difuzării (migrării) elementelor care dau

duritatea sculei, din materialul acesteia către materialul de prelucrat, mai sărac în aceste

elemente, fenomen favorizat de temperaturi mari, peste 800 [ºC]. La oţeluri, difuzează

carbonul şi elementele de aliere, iar la carburile metalice elementele de bază ale acestora

(W, Ti, etc.), scăzându-se astfel duritatea suprafeţelor. Aceasta este principala cauză de

uzură a sculelor armate cu carburi metalice.

Uzura prin transport electric de atomi se datorează faptului că materialul sculei şi al

piesei, fiind două materiale diferite aflate în contact intim la o temperatură ridicată, formea-

ză un termocuplu în care apare o forţă electromotoare care generează un curent. Datorită

formării şi ruperii continue a contactului, pe lângă curentul electric apare şi un curent ionic,

care înseamnă un transport de masă, deci o formă de uzură. Fenomenul poate fi

contracarat prin introducerea din exterior a unui curent care să anuleze curentul ionic.

33

Uzura prin fărâmiţare apare la sculele fabricate din materiale fragile, în cazul

utilizării acestora la prelucrări care generează solicitări pulsatorii, şi se manifestă prin

desprinderea de pe tăiş a unor particule fine şi distrugerea muchiei aşchietoare.

În general, uzarea unei scule aşchietoare la o anumită prelucrare se produce prin

cumularea efectelor mai multor cauze, existând totuşi o cauză principală.

2.9.2. Parametrii uzurii. Curbele de uzură.

Uzura sculei aşchietoare în procesul

aşchierii se manifestă prin apariţia în timp

a unei teşituri pe suprafaţa de aşezare şi a

unei scobituri pe suprafaţa de degajare

dispusă paralel cu tăişul principal

(fig.2.25), caracterizate prin cotele

specifice care reprezintă parametrii de

uzură.

Uzura pe faţa de aşezare apare

datorită frecării cu piesa şi are ca

parametru principal de apreciere înălţimea

h a faţetei formate pe faţa de aşezare a

sculei. Ea cauzează, datorită unghiului de aşezare , apariţia unei uzuri radiale hr, care

poate fi calculată cu relaţia:

αtghh αr . (2.44)

Uzura pe faţa de degajare apare datorită frecării aşchiei după desprinderea ei de

materialul de bază. Ea se apreciază prin adâncimea scobiturii h sau prin lăţimea B a

acesteia.

Graficele evoluţiei în timp sau în spaţiu a mărimilor h sau h reprezintă caracte-

risticile de uzură. Ele pot avea diferite forme, cea mai răspândită fiind cea din figura 2.26.

Pe curbă, se pot distinge

trei zone pe care panta curbei,

care reprezintă viteza de uzu-

ră,este aproximativ constantă.

Zona I, OA, denumită zona

de uzură iniţială, se caracteri-

zează printr-o evoluţie rapidă

a uzurii determinată de elimi-

narea vârfurilor asperităţilor

rămase după reascuţirea scu-

lei şi formarea razei optime a

tăişului.

Fig.2.26

Fig.2.25

Fig.2.25

34

Zona a II-a, AB, denumită

zona uzurii normale, se carac-

terizează printr-o viteză de uzură mică şi constantă, datorită faptului că condiţiile de uzură

se menţin constante pentru un timp îndelungat.

Zona a III-a, dincolo de punctul B, denumită zona de uzură totală sau catastrofală,

este caracterizată prin creşterea rapidă a vitezei de uzură, explicabilă prin faptul că

acumulările cantitative lente din zona a II-a determină, începând din punctul B, apariţia

saltului calitativ (crescând frecările se depăşeşte temperatura limită, scula se decăleşte şi

îşi pierde duritatea, uzându-se rapid).

La o exploatare normală a sculelor aşchietoare, limita de utilizare corespunde

punctului B, pentru care se defineşte intensitatea medie a uzurii:

2 B

mm

htgI . (2.45)

Utilizarea sculei în zona a III-a este interzisă, deoarece cresc rapid şi inutil cheltuielile

legate de exploatarea sculei, la reascuţire, pentru refacerea geometriei iniţiale, fiind

necesar să se înlăture de pe suprafeţele active un strat de grosime mult mai mare.

2.9.3. Uzura admisibilă şi durabilitatea efectivă

Consecinţele uzării sculelor sunt multiple şi afectează atât precizia de prelucrare cât

şi productivitatea şi costul prelucrărilor prin aşchiere.

Astfel, uzura pe faţa de aşezare h determină scăderea până la anulare a unghiului

de aşezare (fig. 2.25), mărind frecările şi conducând la creşterea forţelor de aşchiere şi a

rugozităţii suprafeţei prelucrate. Totodată, apariţia uzurii radiale hr are ca efect modificarea

în timp a cotei prelucrate de la R la rhRR 1 , afectând precizia de prelucrare.

Uzura pe faţa de degajare h are ca efect creşterea unghiului de degajare la

valoarea ’, ceea ce, în anumite limite, este un fenomen pozitiv deoarece se reduc forţele

de aşchiere; prin depăşirea unei anumite valori, fenomenul devine negativ datorită faptului

că prin reducerea unghiului de ascuţire al sculei, se reduce capacitatea termică a

acesteia, făcând să crească temperatura tăişului. Datorită efectelor negative ale uzurilor

se impune limitarea lor la nişte valori admisibile.

Uzura admisibilă se stabileşte după criterii specifice ce depind de tipul operaţiei de

prelucrare. Astfel, la prelucrările de finisare, uzura admisibilă pe faţa de aşezare ha se

stabileşte punând condiţia ca uzura radială hr să nu depăşească jumătate din valoarea

toleranţei admisibile Td prescrisă la cota respectivă, deci:

2

dra

Th , (2.46)

35

iar cum tghhr , rezultă:

tg

Th d

a

2

. (2.47)

La degroşare, uzura poate fi lăsată să progreseze până la limita maximă,

corespunzătoare punctului B din caracteristica de uzură, după care scula este reascuţită.

Prin durabilitatea efectivă T a unei scule aşchietoare se înţelege timpul efectiv de

lucru până la atingerea uzurii admisibile, egal cu timpul de utilizare efectivă între două

reascuţiri succesive.

Durabilitatea sculei fiind determinată de atingerea unei anumite uzuri, ea depinde

de factorii de uzură, care sunt: proprietăţile fizico-mecanice ale materialului de prelucrat şi

ale materialului sculei, regimul de aşchiere, geometria sculei, condiţiile de răcire-ungere,

etc., dintre care, pentru un cuplu de materiale dat, cea mai mare influenţă o are viteza de

aşchiere, care determină temperatura de lucru.

În figura 2.27 sunt prezentate grafic caracteristicile de uzură )( fh ridicate

experimental pentru trei valori ale vitezei de aşchiere 321 aaa vvv ceilalţi parametrii ai

prelucrării fiind menţinuţi constanţi.

Considerând o uzură admisibilă ha, se constată că durabilităţile efective corespun-

zătoare celor trei viteze sunt diferite şi anume: 321 TTT .

Experimental s-a stabilit că între viteza de aşchiere şi durabilitatea sculei există o

relaţie de dependenţă de forma (relaţia Time-Taylor):

V

m

a

m

a

m

a CTvTvTv ...2211 , (2.48)

în care m este exponentul dura-

bilităţii,iar CV este o constantă

care depinde de proprietăţile

fizico-mecanice ale materialului

de prelucrat şi al sculei, precum

şi de condiţiile de prelucrare.

Din relaţia (2.48) se poate

determina durabilitatea efectivă

corespunzătoare unei anumite

viteze de aşchiere va, cu relaţia:

z

a

T

v

CT , (2.49)

în care exponentul vitezei

mZ /1 , iar m

VT CC /1 .

Prin logaritmarea relaţiei (2.49) se obţine:

aT vZCT logloglog , (2.50)

care în coordonate logaritmice (fig.2.28) reprezintă o dreaptă având panta:

Fig.2.27

36

mvv

TTψtgZ

aa

1

loglog

loglog

12

21

. (2.51)

Mărimile Z, m, CT şi CV se determină experimental şi analitic, folosind relaţiile de

mai sus.

În practică, mai întâi se stabileşte valoarea

durabilităţii, după anumite criterii, iar apoi se

calculează viteza corespunzătoare, cu relaţia:

m

Va

T

Cv . (2.52)

Deoarece viteza de aşchiere este influenţată

nu numai de durabilitate, ci şi de ceilalţi doi

parametrii ai regimului de aşchiere t şi s, relaţia de

calcul a vitezei de aşchiere are forma generală:

vv YXm

VTaT

stT

Cv

, (2.53)

în care constanta CVT , şi exponenţii Xv şi Yv se

determină de asemenea experimental, aplicând

principiul suprapunerii de efecte.

2.10. Optimizarea prelucrărilor prin aşchiere.

Optimizarea prelucrărilor prin aşchiere presupune determinarea regimului optim de

aşchiere care să satisfacă următoarele cerinţe:

- să asigure realizarea unui obiectiv principal urmărit (cost minim, productivitate

maximă, etc.).

- să asigure cerinţele de precizie dimensională şi de formă, precum şi calitatea su-

prafeţei, cerute prin documentaţia tehnică;

- să asigure utilizarea raţională a maşinii-unelte.

În acest scop se realizează un studiu de optimizare în care se stabileşte obiectivul

principal în funcţie de care se calculează viteza optimă de prelucrare, iar apoi se

determină şi ceilalţi parametrii optimi, pentru satisfacerea cerinţelor în ansamblu.

Cele mai utilizate criterii de optimi-

zare ale prelucrărilor prin aşchiere

sunt criteriul economic şi criteriul pro-

ductivităţii.

Criteriul economic are ca obiectiv

realizarea prelucrării cu costuri

minime. Prin studii teoretice s-a

Fig.2.28

Fig. 2.28

Fig.2.29

Fig.2.29

37

determinat dependenţa costurilor de

prelucrare funcţie de durabilitatea

sculei T, reprezentată grafic în figura

2.29, curba C. Se constată că costul

minim Cmin se realizează pentru

durabilitatea optimă denumită

durabilitate economică Te.

Criteriul productivităţii urmăreşte ca obiectiv, realizarea unei productivităţi maxime,

dependenţa productivităţii Q de durabilitate fiind reprezentată în figura 2.29, curba Q. Se

constată că productivitatea maximă Qmax se realizează pentru durabilitatea optimă eQ TT .

Intervalul eQ TT , reprezintă domeniul de maximă eficienţă al prelucrărilor prin

aşchiere.

Criteriul de optimizare cel mai utilizat este criteriul economic, pentru care se deter-

mină durabilitatea economică Te.

Viteza economică de aşchiere, vae, este viteza corespunzătoare durabilităţii

economice Te.

Pentru durabilitatea economică, relaţia (2.53) capătă forma specifică:

vv YX

Vae

st

Cv

, (2.54)

în care m

e

VTV

T

CC .

Deoarece constantele şi exponenţii din relaţiile de mai sus se determină

experimental, în anumite condiţii fixate, pentru prelucrări realizate în condiţii diferite de

acestea se introduc coeficienţi de corecţie KVi care ţin cont de condiţiile concrete de lucru,

astfel că relaţia 2.54 devine:

VYX

vae K

st

Cv

vv

cu

K

iViV KK

1

. (2.55)

Pentru aplicarea relaţiei 2.55 este necesar să se cunoască valorile optime ale t şi s,

t0 şi s0 , care se determină punând alte condiţii, ca de exemplu:

- pentru realizarea rugozităţii suprafeţei, care depinde de avansul de prelucrare şi

de parametrii geometrici ai sculei, se pune condiţia:

admaa RsR ,...)( ; (2.56)

- pentru verificarea rezistenţei sistemului tehnologic de prelucrare, sau limitarea

deformaţiilor elastice ale acestuia în scopul realizării preciziei de prelucrare, se pot scrie o

serie de realaţii privind forţele de aşchiere, care depind de t şi s:

admyy

admxx

admzz

FstF

FstF

FstF

,...),(

,...),(

,...),(

; (2.57)

38

- condiţia de încadrare a puterii de aşchiere în limitele puterii disponibile la maşina-

unealtă:

tumas ηPP . (2.58)

Reunind relaţiile (2.55), (2.56), (2.57), (2.58) se obţine un sistem de inecuaţii, din a

cărui rezolvare rezultă parametrii regimului optim de aşchiere: vae, to , so.

2.11. Productivitatea prelucrării prin aşchiere.

Productivitatea prelucrării prin aşchiere este apreciată prin doi indicatori:

productivitatea tehnologică şi productivitatea maşinii-unelte.

Productivitatea tehnologică se defineşte prin volumul de material prelucrat în

unitatea de timp:

min/

3mmstvqvV znz , (2.59)

deci produsul parametrilor regimului de aşchiere.

Productivitatea maşinii-unelte se defineşte prin numărul de piese realizate în

unitatea de timp, sau inversul timpului total t necesar pentru prelucrarea unei piese:

int

11

desabt

Q , (2.60)

în care:

- b -timpul de bază, adică timpul efectiv consumat pentru aşchierea propriu-zisă;

- a -timpul auxiliar, adică suma timpilor neproductivi necesari fixării şi desprin-

derii piesei, schimbării sculei, reglării regimului de aşchiere, controlului piesei, etc.

- des -timpul de deservire tehnico-organizatorică a locului de muncă, precum:

timpul de reglare a maşinii, de ungere, de îndepărtare a aşchiilor, etc.

- int -timpul de întrerupere a lucrului, pentru odihna şi necesităţile fireşti ale

operatorului – reglementat prin normative.

Pentru strunjirea unei suprafeţe cilindrice (fig.2.30), timpul de bază se calculează cu

relaţia:

isn

L

l

b

(2.61)

unde L [mm] este lungimea totală a drumului parcurs în mişcarea de avans; n [rot/min] –

turaţia piesei; sl [mm/rot] – avansul; i – numărul de treceri.

Lungimea L se calculează cu relaţia:

321 llllL (2.62)

L fiind lungimea piesei; l1 şi l2 –

suplimentele de cursă necesare la intrarea şi

Fig.2.30

Fig.2.30

39

ieşirea sculei din aşchiere; l3 – lungimea

curselor pentru aşchierea de probă (în

vederea reglării la cotă).

Din analiza relaţiei (2.60) rezultă şi căile de creştere a productivităţii maşinilor-

unelte şi anume:

- reducerea timpilor de bază, realizată prin: reducerea la minim a curselor

suplimentare; utilizarea unor turaţii (deci viteze de aşchiere) cât mai mari prin folosirea

materialelor moderne pentru scule şi a lichidelor de răcire-ungere; reducerea numărului de

treceri prin micşorarea adaosului de prelucrare şi mărirea adâncimii de aşchiere; mărirea

avansului, în limitele permise de rugozitatea suprafeţei, de forţe şi de puterea instalată.

- reducerea timpilor auxiliari, prin mecanizarea şi automatizarea mişcărilor auxiliare.

- reducerea timpilor de deservire, prin mai buna organizare a locului de muncă.

38

3. Generarea suprafeţelor pe maşinile-unelte

Dintre modalităţile teoretice de generare a suprafeţelor, la generarea lor pe

maşinile-unelte cel mai bine se pretează modelul generării suprafeţei prin deplasarea unei

curbe în spaţiu, suprafaţa generată fiind locul geometric al poziţiilor succesive ale curbei în

mişcare. Curba care se deplasează se numeşte curbă generatoare (G), iar traiectoria

descrisă de un punct al ei în timpul mişcării, reprezintă curba directoare (D). Cele două

curbe pot fi spaţiale sau plane, analitice sau neanalitice (care, neputând fi exprimate

matematic, sunt definite punct cu punct).

În figura 3.1 se prezintă cazul generării unei suprafeţe de către două curbe plane:

curba G, conţinută în planul generatoarei G,se deplasează cu viteza vM, punctul M descri-

ind curba D, conţinută în planul directoarei D. Cele două plane sunt perpendiculare între

ele, iar urma planului G în planul D formează un-

ghiul θ cu direcţia vitezei vM. Privind unghiul θ, pot

apărea două situaţii:θ constant sau θ variabil. În ca-

zul θ constant, forma suprafeţei generate nu depin-

de de legea de variaţie a vitezei vM.În cazul θ varia-

bil după o lege cunoscută,forma suprafeţei genera-

te depinde de legile de variaţie ale mărimilor θ şi vM,

cu excepţia situaţiei când cele două legi au un para-

metru comun: de exemplu când planul generatoarei

G se deplasează paralel cu el însuşi,sau când se

roteşte în jurul unei drepte perpendiculare pe D.

Din punct de vedere al complexităţii formei, curbele G şi D pot fi de patru tipuri:

- curbe simple, dreapta sau cercul

(fig.3.2,a) generate prin mişcării

simple de translaţie sau de rotaţie,

realizate cu ajutorul cuplelor sanie-

ghidaj şi respectiv fus-lagăr;

- curbe compuse, obţinute prin

racordarea mai multor curbe simple

(fig.3.2,b, curba G);

- curbe complexe analitice, ge-

nerate cinematic prin combinarea

mişcărilor simple, cum sunt elicea

cilindrică (fig.3.2,c, curba D),

realizată prin combinarea mişcării

Fig.3.1

Fig.3.1.

Fig.3.2

39

de rotaţie cu o mişcare de translaţie de-a lungul axei, evolventa (fig.3.2,d, curba G)

obţinută prin rulare, etc.;

- curbe complexe neanalitice, exprimate punct cu punct, cum sunt suprafeţele unor

matriţe, electrozi pentru prelucrări neconvenţionale, etc.

Abordând problema în maniera de mai sus, generarea suprafeţelor se reduce la

generarea curbelor G şi D, dificultăţile cele mai mari fiind întâmpinate la realizarea practică

a acestor curbe pe maşinile-unelte.

3.1. Realizarea curbei generatoare.

Curbele generatoare întâlnite la generarea suprafeţelor pe maşinile-unelte sunt

întotdeauna curbe plane, care pot fi realizate tehnic în următoarele moduri:

- prin programare:

- pe sculă;

- pe un şablon sau model;

- prin programare numerică;

- prin generare pe cale cinematică:

- ca traiectorie a unui punct în mişcare;

- ca înfăşurătoare a poziţiilor succesive ale unei curbe programată pe sculă.

Realizarea curbei G prin programare pe sculă are loc la utilizarea sculelor profilate,

atunci când profilul acestora este transpus pe piesă prin copiere directă (fig.3.3,a). Dacă

scula are unghiul de degajare = 0, atunci profilul tăişului pe faţa de degajare este identic

cu cel al generatoarei piesei, putând spune că generatoarea este materializată pe sculă;

dacă scula are 0, atunci tăişul este profilat după o curbă a cărei proiecţie pe planul

generatoarei este curba generatoare.

Metoda prezintă avantajul că necesită o cinematică simplă chiar în cazul unor curbe

complexe, dar are o serie de dezavantaje determinate de dificultăţile de realizare cu o

precizie ridicată a profilului sculei şi de faptul că la o lungime mare a tăişului forţele de

aşchiere devin foarte mari şi apar vibraţii care compromit calitatea suprafeţei, putând de-

Fig.3,3

Fig.3.3

40

termina chiar ruperea sculei. Se utilizează la prelucrări de strunjire, rabotare, frezare,

broşare, rectificare, pentru lungimi mici ale profilului.

Când curba generatoare este programată pe un şablon sau model, transpunerea sa

pe piesă se realizează cu ajutorul unui dispozitiv de copiat. Metoda prezintă avantajul că

pot fi programate profile de lungime mare, fără să apară dezavantajele de mai sus, iar

datorită forţelor mici de palpare a profilului, şablonul îşi păstrează precizia iniţială pentru

un timp îndelungat. Se utilizează la operaţii de strunjire, frezare, rabotare, rectificare, etc.

Realizarea generatoarei prin programare numerică are loc pe maşini-unelte cu

comandă numerică, la care profilul curbei este programat într-un cod numeric pe o bandă

perforată sau magnetică, transpunerea lui pe piesă fiind realizată cu ajutorul unui

echipament de comandă numerică, care comandă maşina.

Toate cele trei variante ale metodei programării permit realizarea atât a curbelor

analitice cât şi a celor neanalitice.

Generarea curbelor generatoare pe cale cinematică, ca traiectorie a unui punct în

mişcare, permite realizarea unor curbe simple obţinute prin efectuarea unei mişcări simple

(fig.3.3,b), de translaţie (curba G) sau de rotaţie (curba D). Metoda este frecvent întâlnită

la prelucrări de strunjire, rabotare, etc.

Generarea curbei generatoare pe cale cinematică, ca înfăşurătoare a poziţiilor

succesive ale unei curbe materializată pe sculă, are loc, în general, la prelucrările prin

rulare.

În figura 3.3,c, generatoarea teoretică GT (evolventa) se obţine ca înfăşurătoare a

poziţiilor succesive ale dreptei Δ (profilul sculei), generatoarea reală GR având forma unei

linii frânte, alcătuită dintr-o succesiune de segmente tip 21BB , denumite generatoare

elementare, care aproximează curba teoretică GT.

3.2. Realizarea curbei directoare.

Curbele directoare întâlnite la generarea suprafeţelor pot fi curbe plane sau

spaţiale.

Ca şi curbele generatoare, directoarele pot fi realizate tehnic prin cele două metode:

- metoda programării:

- pe sculă;

- pe un şablon sau model;

- prin programare numerică;

- metoda generării cinematice:

- ca traiectorie a unui punct în mişcare;

- ca înfăşurătoare a poziţiilor succesive ale unei curbe generată cinematic;

- imprimată prin rulare.

41

Prin metoda programării, curbele directoare pot fi realizate practic la fel ca şi

curbele generatoare, tipice fiind curbele spaţiale materializate pe sculă, cum este cazul

tarodului şi al filierei (fig.3.2, c – elicea directoare D).

Generarea cinematică a curbei directoare ca traiectorie a unui punct se realizează,

în cazul curbelor plane simple, similar cu curbele generatoare simple (fig.3.3,b). Prin

această metodă pot fi obţinute însă şi curbe directoare plane sau spaţiale complexe

analitice, generate cinematic prin combinarea unor mişcări simple, cum ar fi spirala

arhimedică, cicloida, sau elicea cilindrică (fig.3.2,c) sau conică, etc.

Directoarea generată cinematic ca înfăşurătoare a unei curbe cinematice se obţine

la prelucrările prin frezare (fig.3.4,a), când directoarea teoretică DT rezultă ca înfăşurătoare

a epicicloidelor alungite generate cinematic de vârfurile dinţilor sculei (vezi şi fig.2.6).

Directoarea reală DR, alcătuită dintr-o succesiune de directoare elementare tip AB ,

aproximează directoarea teoretică cu o precizie determinată de mărimea avansului pe

dinte sd şi de diametrul frezei.

Fig.3.4

Directoarea cinematică imprimată prin rulare se obţine similar imprimării tipografice

pe maşinile rotative (fig.3.4,b). Prin rostogolirea fără alunecare a cilindrului C pe planul ,

dreapta Δ din plan generează pe cilindru curba spaţială D, de tip elice cilindrică, într-un

mod mult mai simplu decât la generarea cinematică a acesteia prin combinarea unei rotaţii

cu o translaţie axială. Metoda se utilizează la generarea unor directoare complexe la

prelucrarea danturilor înclinate sau curbe.

Fig.3.4.

42

4. Noţiuni de bază privind lanţurile cinematice ale maşinilor-unelte.

Deoarece procesul de aşchiere se realizează simultan cu cel de generare a

suprafeţei, rezultă că maşina-unealtă trebuie să asigure, în acelaşă timp, atât viteza de

aşchiere cât şi deplasările pe traiectoriile necesare generării suprafeţei. Aceste mişcări

sunt denumite mişcări de lucru.

Pe lângă mişcările de lucru, la prelucrarea unei piese maşina-unealtă trebuie să

mai execute şi o serie de mişcări auxiliare, sau de deservire, cum ar fi: prinderea-

desprinderea piesei pe maşină, schimbarea sculelor aşchietoare, etc.

Aşadar, mişcările efectuate la o maşină-unealtă se pot clasifica astfel:

- mişcări de lucru, realizate în timpul desfăşurării procesului de aşchiere, care după

scop pot fi împărţite în mişcări de aşchiere şi mişcări de generare a suprafeţei;

- mişcări auxiliare, realizate în afara procesului de aşchiere, îndeplinind diferite

funcţiuni legate de deservirea maşinii-unelte.

Pentru realizarea oricărei mişcări, maşina-unealtă dispune de un lanţ cinematic

specific.

Prin lanţ cinematic se înţelege un grup de mecanisme legate între ele, care au ca

scop realizarea unei anumite mişcări,sau asigură o legătură cinematică între două mişcări.

Totalitatea lanţurilor cinematice ale unei maşini-unelte definesc cinematica ei,

reprezentată grafic prin schema cinematică.

Schemele cinematice pot fi de două feluri: scheme cinematice propriu-zise, în care

sunt reprezentate prin simboluri specifice toate mecanismele care intră în alcătuirea ei, şi

scheme cinematice structurale sau scheme bloc, în care mecanismele sunt reprezentate

simplificat, prin gruparea lor în blocuri funcţionale.

Într-o schemă cinematică propriu-zisă se disting lanţuri cinematice izolate, realizate

prin mecanisme proprii, şi lanţuri cinematice suprapuse parţial sau total, având mecanisme

comune.

4.1. Clasificarea lanţurilor cinematice.

Lanţurile cinematice ale maşinilor-unelte pot fi clasificate după mai multe criterii,

cele mai importante fiind următoarele:

- după scop, sau destinaţie, determinat de rolul mişcării realizate, există:

- lanţuri cinematice generatoare (care realizează şi mişcările de aşchiere);

- lanţuri cinematice auxiliare.

- după natura mişcării realizate şi după modul de execuţie al mişcării, pot fi:

- lanţuri cinematice pentru realizarea mişcării de rotaţie: continuă, oscilantă şi

intermitentă (pas cu pas);

43

- lanţuri cinematice pentru realizarea mişcării de translaţie: continuă,

alternativă şi intermitentă.

- după natura mecanismelor utilizate, se cunosc:

- lanţuri cinematice mecanice;

- lanţuri cinematice hidraulice sau pneumatice;

- lanţuri cinematice electrice;

- lanţuri cinematice combinate (hido-mecanice, electro-hidraulice, etc).

- după modul de comandă şi acţionare, pot fi:

- lanţuri cinematice manuale (acţionate şi comandate de operatorul uman);

- lanţuri cinematice mecanizate (acţionate mecanic şi comandate de ope-

rator);

- lanţuri cinematice automatizate (acţionate mecanic şi comandate automat

de către un sistem de comandă).

Lanţurile cinematice generatoare asigură realizarea formei şi dimensiunilor

traiectoriilor generatoare şi directoare, precum şi a vitezelor de deplasare pe aceste

traiectorii.

După forma traiectoriei G şi D, lanţurile cinematice generatoare pot fi:

- simple, care realizează deplasarea pe traiectorii simple: dreapta sau cercul;

- complexe, care generează traiectorii complexe (elicea, spirala, ciloida, etc.) prin

compunerea mişcărilor simple de rotaţie şi translaţie.

Lanţurile cinematice simple sunt de regulă izolate între ele, fiecare având elemente

de reglare proprii pentru mişcarea pe care o realizează.

Lanţurile cinematice complexe necesită legături cinematice între mişcările simple pe

care le compun, care să asigure o anumită relaţie între vitezele de deplasare pe

traiectoriile respective.

Datorită suprapunerii funcţiei de generare a suprafeţei cu cea de realizare a

procesului de aşchiere, lanţurile cinematice generatoare pot fi împărţite şi în:

- lanţuri cinematice principale;

- lanţuri cinematice de avans.

Lanţul cinematic principal asigură deplasarea curbei G pe curba D (pe care o

generează) cu viteza principală de aşchiere vz, care poate fi reglată la parametrii necesari

aşchierii fără să afecteze generarea suprafeţei.

Lanţurile cinematice de avans îndeplinesc un dublu rol: primul, din punct de vedere

al generării suprafeţei, ele asigură, în general, generarea curbei G, dar uneori contribuie şi

la realizarea curbei D (de exemplu, la filetare); al doilea rol, din punct de vedere al

aşchierii, asigură continuitatea procesului de aşchiere, determinând totodată secţiunea de

aşchiere şi rugozitatea suprafeţei prelucrate. Datorită rolului său dublu, avansul este supus

unor restricţii din ambele părţi.

Lanţurile cinematice auxiliare au rolul realizării mişcărilor auxiliare, care se

efectuează în afara procesului de aşchiere. Ele nu contribuie direct la realizarea acestuia,

44

sau la generarea suprafeţei, putând fi reglate independent la parametrii necesari

îndeplinirii funcţiei pe care o realizează, dar afectează productivitatea maşinii-unelte.

Automatizarea maşinilor-unelte vizează în primul rând automatizarea mişcărilor auxiliare,

în scopul reducerii timpilor auxiliari şi creşterii productivităţii.

4.2. Structura generală a lanţurilor cinematice.

Lanţul cinematic este o grupare de mecanisme având rolul transmiterii şi

transformării cantitative şi calitative a mărimii de intrare într-o mărime de ieşire, ambele

mărimi fiind mişcări cu caracteristici bine determinate. Mărimea de intrare este adesea o

turaţie constantă, dar mărimea de ieşire este o mişcare care trebuie să răspundă unor

cerinţe diverse, necesitate de diferitele prelucrări care se execută pe maşina respectivă.

De exemplu, mărimea de ieşire poate fi de altă natură decât cea de intrare, poate necesita

porniri şi opriri repetate, inversări ale sensului de deplasare, reglarea mărimii (modulului)

mişcării, etc., pentru fiecare cerinţă de realizat lanţul cinematic trebuind să fie dotat cu un

mecanism specific.

Structura generală şi funcţiunile pe care trebuie să le îndeplinească un lanţ

cinematic, rezultă din figura 4.1, în care s-au notat:

Fig.4.1

ME – motor electric de acţionare; K – cuplaj; I – inversor; MR – mecanism de reglare; MU

– mecanismul de uniformizare; F – frână; MT – mecanism de transformare.

Motorul electric (sau de alt tip) furnizează mărimea de intrare în lanţul cinematic, yI,

care, de regulă, este o mişcare de rotaţie cu turaţia .0 ctn , sau reglabilă în trepte sau

continuu. Cuplajul K este elementul de pornire-oprire al transmiterii mişcării, iar inversorul I

schimbă sensul mişcării. Prin mecanismul de reglare MR se realizează modificarea voită

din punct de vedere cantitativ a mişcării, în concordanţă cu cerinţele procesului de

prelucrare. Mecanismul de uniformizare MU (de exemplu un volant) este un acumulator de

energie având rolul de uniformizare a mişcării în cazul procedeelor cu prelucrare

discontinuă; la prelucrările la care aşchierea este continuă el poate să lipsească, rolul său

fiind îndeplinit de momentele de inerţie ale celorlalte elemente componente. Frâna F are

rolul anulării rapide a energiei cinetice reziduale a lanţului cinematic în faza de oprire, în

scopul opririi într-un timp cât mai scurt, sau cât mai precis într-o anumită poziţie.

Mecanismul de transformare MT realizează transformarea calitativă a mişcării şi este

Fig.4.1

45

necesar atunci când mărimea de ieşire ye este de altă natură decât cea de intrare yi ( de

exemplu: o mişcare de rotaţie oscilantă sau intermitentă, o mişcare de translaţie

alternativă sau pas cu pas). Într-o astfel de situaţie, deoarece cel mai eficient se

procesează mişcarea de rotaţie, lanţul cinematic este conceput cu mecanisme specifice

acestei mişcări, iar transformarea naturii mişcării se realizează abia la final.

În figura 4.1 a fost prezentat un lanţ cinematic generalizat. În realitate, lanţurile

cinematice pot să aibă o structură mai simplă, în funcţie de cerinţele mişcării pe care o

realizează, sau un element să cumuleze mai multe funcţiuni. De exemplu, funcţiunile de

pornire-oprire, inversoare a sensului şi de frânare sunt realizate adeseori de motor, iar

acţionările electrice moderne permit şi reglarea continuă a turaţiei, astfel încât partea

mecanică a lanţului cinematic se simplifică foarte mult.

Pe lângă mecanismele şi funcţiunile de bază prezentate mai sus, lanţurile

cinematice pot fi echipate şi cu dispozitive auxiliare de protecţie şi de măsurare-indicare a

parametrilor principali.

4.3. Caracteristicile generale ale lanţurilor cinematice.

Aşa cum s-a arătat mai sus, funcţiunile generale ale unui lanţ cinematic sunt cele

de transmitere, de reglare şi de transformare calitativă a mişcării. Legat de primele două

funcţiuni de definesc şi caracteristicile generale ale lanţurilor cinematice, care sunt:

caracteristica de transfer şi caracteristica de reglare.

Caracteristica de transfer (transmitere) a mişcării este specifică atât lanţului

cinematic în ansamblul său, cât şi mecanismelor componente, care sunt legate în serie.

Raportul de transmitere sau de transfer i al unui lanţ cinematic se defineşte prin

raportul dintre mărimea de ieşire ye şi cea de intrare yi:

i

e

y

yi . (4.1)

Considerând un lanţ cinematic format din K mecanisme legate în serie (fig.4.2.), se

pot scrie rapoartele parţiale de transmitere ale mecanismelor componente, prin relaţiile:

iK

eKK

i

e

i

e

x

xi

x

xi

x

xi ...;;

2

22

1

11 . (4.2)

Făcând produsul rapoartelor parţiale şi ţinând cont că eeKieii yxxxxy ;...; 211 ,

rezultă:

Fig.4.2

Fig.4.2

46

iy

y

x

x

x

x

x

xi

i

e

iK

eK

i

e

i

eK

j

j 2

2

1

1

1

, (4.3)

adică raportul de transmitere al lanţului cinematic se calculează ca produs al rapoartelor

de transmitere parţiale ale mecanismelor componente.

Aşadar, cunoscând mărimea de intrare şi raportul de transmitere al lanţului

cinematic se poate determina mărimea de ieşire ye, cu relaţia:

ie yiy , (4.4)

care reprezintă ecuaţia de transfer a lanţului cinematic.

Caracteristica de reglare a unui lanţ cinematic este dată de mecanismul de

reglare MR aflat în structura acestuia, care permite reglarea mărimii de ieşire ye într-un

interval maxmin, eee yyy , denumit domeniul de variaţie al mărimii de ieşire, pentru care se

calculează raportul de variaţie al mărimii de ieşire din lanţul cinematic, cu relaţia:

min

max

e

e

yey

yR . (4.5)

Mărimea de intrare yI poate fi constantă sau reglabilă într-un interval

maxmin, iii yyy denumit domeniul de variaţie al mărimii de intrare, pentru care se

calculează raportul de variaţie al mărimii de intrare în lanţul cinematic, cu relaţia:

min

max

i

i

yiy

yR . (4.6)

Cunoscând valorile limită ale mărimilor de intrare şi de ieşire, se pot calcula

rapoartele de transmitere maxim şi minim ale lanţului cinematic, cu relaţiile:

min

max

max

i

e

Ly

yi şi

max

min

min

i

e

Ly

yi . (4.7)

Capacitatea de reglare a lanţului cinematic CL se determină cu relaţia:

yiye

e

i

i

e

L RRy

y

y

y

i

iC

min

max

min

max

min

max . (4.8)

Pentru mecanismul de reglare MR, rapoartele de transmitere maxim şi minim au

expresiile:

max

max

max

i

e

My

yi şi

min

min

min

i

e

My

yi , (4.9)

iar capacitatea de reglare a mecanismului de reglare CM, se calculează cu relaţia:

yi

ye

e

i

i

e

M

M

MR

R

y

y

y

y

i

iC

min

min

max

max

min

max (4.10)

Pentru .cty i , rezultă 1yiR , iar din relaţiile (4.8) şi (4.10) se obţine:

yeML RCC , (4.11)

deci capacitatea de reglare a lanţului cinematic este egală cu capacitatea de reglare a me-

canismului de reglare, care trebuie să fie egală cu raportul de variaţie al mărimii de ieşire.

47

Din relaţia (4.10), se constată că pentru yi reglabilă, având 1yiR rezultă yeM RC ,

ceea ce înseamnă simplificarea mecanismului de reglare MR, deci reducerea gabaritului şi

a costului. De aceea, se recomandă utilizarea motoarelor electrice cu două sau chiar trei

turaţii, etajate după o serie geometrică cu raţia 2.

4.4. Lanţuri cinematice mecanice.

Lanţurile cinematice mecanice sunt acele lanţuri cinematice în alcătuirea cărora se

utilizează numai mecanisme de natură mecanică. Ele au o largă răspândire datorită

avantajelelor pe care le prezintă, dintre care cele mai importante sunt: rigiditate mare;

precizie cinematică ridicată; puteri specifice mari, cost redus şi durată mare de utilizare.

Aceste avantaje fac ca ele să nu aibă rival într-o serie de aplicaţii, în special acolo unde se

cere o precizie cinematică ridicată, sau la generarea traiectoriilor complexe unde trebuie

realizate legături cinematice foarte precise între mai multe mişcări (de exemplu, la lanţurile

cinematice de filetare, de rulare, de detalonare, etc.).

Pentru lanţurile cinematice simple există tendinţa de înlocuire a lor cu sisteme

electromecanice, care, prin dezvoltarea electronicii de putere, au ajuns la performanţe

superioare sistemelor pur mecanice, în principal privind gabaritul şi asigurarea reglării

continue a turaţiei.

Aşa cum s-a arătat în capitolul 2, în vederea realizării unei prelucrări prin aşchiere

este necesar să se determine mai întâi parametrii regimului de aşchiere v, s şi t, care

trebuie să poată fi reglaţi pe maşina-unealtă.

Considerând cazul frecvent întâlnit la maşinile-unelte, când mişcarea principală

este o mişcare de rotaţie (strunjire, frezare, găurire, rectificare, etc.), viteza de aşchiere se

calculează cu relaţia:

min1000

mndπv , (4.12)

în care d [mm] este diametrul piesei sau al sculei şi n [rot/min] - turaţia arborelui principal

al maşinii.

Diametrul pieselor prelucrate pe o maşină, sau al sculelor utilizate, variază într-un

domeniu Dd, maxmin,ddd , caracterizat prin raportul de variaţie al diametrelor:

101min

max d

dRd , (4.13)

având valori de ordinul unităţilor sau zecilor.

De asemenea şi viteza economică variază, pentru diferitele prelucrări care se pot

realiza pe maşină, între două valori limită, maxmin,vvv , pentru care se defineşte raportul

de variaţie al vitezei:

10min

max v

vRv . (4.14)

48

Pentru a acoperi necesităţile diverselor prelucrări, maşina-unealtă trebuie, prin

urmare, să asigure reglarea turaţiei între limitele:

max

min

min

1000

dπ

vn

şi

min

maxmax

1000

dπ

vn

, (4.15)

pentru care, raportul de variaţie al turaţiei se calculează cu relaţia:

10010min

max dvn RRn

nR . (4.16)

Aşadar, la maşimile-unelte, pentru lanţul cinematic principal, domeniul necesar de

reglare a turaţiilor este foarte larg, ceea ce impune utilizarea unor mecanisme de reglare

MR (cutii de viteze) complexe, care au gabarit şi cost ridicat.

După modul de reglare a turaţiei, mecanismele de reglare pot fi împărţite în două

grupe:

- mecanisme pentru reglarea discontinuă (în trepte) a turaţiei;

- mecanisme pentru reglarea continuă a turaţiei (variatoare de turaţie).

4.4.1. Mecanisme de reglare cu reglarea discontinuă a mişcării de rotaţie.

4.4.1.1.Caracteristici cinematice.

Mecanismele cu reglarea discontinuă a turaţiei sunt cele mai răspândite la maşinile-

unelte, sub forma cutiilor de viteze şi de avansuri, a mecanismelor cu roţi de schimb sau a

transmisiilor cu curea cu conuri în trepte. Ele primesc la intrare, de regulă, o turaţie unică

n0 , şi asigură la ieşire un număr determinat de turaţii fixe (discrete), cuprinse între limitele

nmin şi nmax şi etajate după o anumită serie.

Datorită reglării discontinue a turaţiei, aceste mecanisme permit realizarea unei

viteze economice date doar pentru un număr limitat de diametre prelucrate, egal cu numă-

rul turaţiilor disponibile.

Considerând un mecanism

de reglare discontinuă care reali-

zează Z turaţii (n1, n2,…, nZ), repre-

zentarea grafică a relaţiei(4.12) este

de forma unui fascicul de drepte

care pleacă din origine (fig.4.3).

Pentru viteza economică ve, la pre-

lucrarea unei piese cu diametrul d,

ar fi necesară o turaţie ne, care nu

există în gama de valori a turaţiilor

existente. Lipsa turaţiei necesare

impune folosirea turaţiilor învecina-

te, nK sau nK-1. Din studiile efectuate

privind consecinţele alegerii celor Fig.4.3

49

două turaţii, a rezultat că productivitatea este afectată în ambele cazuri, dar pentru turaţia

mai mică rezultă o reducere a costului prelucrării: de aceea, în astfel de situaţii (cele mai

frecvente) se recomandă reglarea turaţiei imediat inferioare, nK-1.

Prin alegerea turaţiei inferioare prelucrarea se realizează cu o pierdere relativă de

viteză de aşchiere, deci de productivitate, dată de relaţia:

e

Ke

v

vvv 1 . (4.17)

Valoarea maximă a pierderii relative de viteză se obţine atunci când ve este foarte

aproape de vK, dar, conform recomandării de mai sus, se reglează turaţia nK-1:

K

K

K

KK

K

KK

n

n

n

nn

v

vvv 111

max 1

. (4.18)

Cele mai răspândite legi de etajare a turaţiilor la maşinile-unelte sunt seria

geometrică şi seria aritmetică; în unele aplicaţii, la maşini speciale, se pot utiliza şi alte

legi, sau turaţiile pot să nu urmeze o lege anume, fiind determinate pe alte principii.

În cazul etajării turaţiilor după o serie geometrică cu raţia , şirul valorilor turaţiilor

este de forma: 1

1

1

1

2

11

2

123121 ;...;;;...;;;

Z

Z

K

K

K

K nnnnnnnnnnnn

Înlocuind în relaţia (4.18) se obţine:

.1

111

1

2

1max ct

φφn

φnv

K

K

(4.19)

Dacă turaţiile sunt etajate după o serie aritmetică cu raţia , avem şirul:

,, 121 nnn 1.,.,.1,2.,.,.2 111113 ZnnKnnKnnnn ZKK .

Înlocuind în relaţia (4.18), rezultă:

KK n

δ

n

δKnδKnv

21 11max . (4.20)

Analizând relaţiile (4.19) şi (4.20) se constată că seria geometrică introduce o

pierdere maximă de viteză, deci şi de productivitate, constantă, independentă de valoarea

turaţiei reglate, pe când seria aritmetică determină o pierdere invers proporţională cu

valoarea turaţiei.

Deoarece asigură o pierdere de productivitate constantă în tot domeniul de reglare

a turaţiei, seria geometrică este recomandată a fi utilizată preferenţial, atât la cutiile de

viteze cât şi la cele de avansuri. Seria aritmetică se foloseşte atunci când ea este impusă

din alte considerente, cum ar fi la cutiile de filete deoarece gama paşilor standardizaţi este

după o serie aritmetică.

Valorile raţiilor şi ale turaţiilor de la maşinile-unelte nu se stabilesc la întâmplare, ci

se supun şirurilor de numere normale reglementate prin sistemul de standarde ISO.

Prin şiruri de numere normale se înţeleg şirurile de numere în progresie geometrică,

rotunjite convenţional, având una din raţiile:

6,110;25,110;12,110;06,110 55

1010

2020

4040 φφφφ , (4.21)

primul termen fiind unitatea.

50

Şirurile cu raţiile de mai sus sunt şiruri fundamentale. Ele se notează cu litera R

urmată de indicele radicalului şi sunt şiruri zecimale, care conţin în intervalul [1, 10) un

număr de termeni egal cu indicele radicalului. Prin multiplicare sau demultiplicare cu 10,

şirurile pot fi extinse oricât de mult este necesar. Din şirurile fundamentale se pot obţine

şiruri derivate, considerând termenii din 2 în 2, din 3 în 3, etc.

Şirurile de numere normale cele mai folosite, raţiile lor, numărul de termeni în

intervalul [1, 10), şi pierderile corespunzătoare de productivitate sunt următoarele:

R40 , cu 06,140 φ , 40 termeni, având %5max v ;

R20 , cu 12,120 φ , 20 termeni, având %10max v ;

R10 , cu 25,110 φ , 10 termeni, având %20max v ;

R20 /3 , cu 41,13/20 φ , 6 termeni, având %30max v ;

R5 , cu 6,15 φ , 5 termeni, având %40max v ;

R20 /6 , cu 26/20 φ , 4 termeni, având %50max v .

Şirul R40 conduce la cutii de viteze prea complicate şi neeconomice, de aceea,

pentru turaţiile maşinilor-unelte a fost stabilit ca şir fundamental şirul R20, larg folosite fiind

R10 , R20/3 şi R20/6 (având raţia turaţiilor motoarelor electrice asincrone).

Turaţiile înscrise pe plăcuţele indicatoare ale maşinilor-unelte sunt turaţii normaliza-

te. Datorită dificultăţilor care apar

la proiectarea cutiilor de viteze,

turaţiile reale nR diferă de cele

normalizate nn, eroarea cinema-

tică calculându-se cu relaţia:

%100

n

nR

n

nnε . (4.22)

Eroarea cinematică prezintă im-

portanţă la normarea tehnică, to-

leranţa cinematică admisă fiind

(+3…-2) [%]. Pe baza relaţiei

(4.22) se trasează diagrama ero-

rilor, figura 4.4, care este prezen-

tată în cartea tehnică a maşinii.

4.4.1.2. Structura mecanismelor de reglare.

Mecanismele de reglare pentru mişcarea de rotaţie sunt realizate pe bază de roţi

dinţate grupate în mecanisme elementare. Un mecanism elementar este format din doi

arbori, alăturaţi, unul conducător şi celălalt condus, între care mişcarea se transmite prin

intermediul unor angrenaje (perechi de roţi dinţate), având fiecare un raport de transmitere

specific, astfel încât, pentru fiecare turaţie a arborelui conducător, la arborele condus se

obţin mai multe turaţii ordonate într-o serie geometrică cu o anumită raţie.

Fig.4.4

Fig.4.4

51

Caracteristicile cinematice de bază ale unui mecanism elementar cu roţi dinţate

sunt numărul de turaţii p (egal cu numărul rapoartelor de transmitere distincte realizate) şi

raportul de variaţie a turaţiei:

min

max

min

max

i

i

n

nRM . (4.23)

Din considerente constructive şi funcţionale rapoartele de transmitere maxim şi

minim într-un mecanism elementar sunt limitate. Pentru cutiile de viteze: 2max i şi

4/1min i , iar pentru cutiile de avansuri: 8,2max i şi 5/1min i , astfel încât raportul de

variaţie a turaţiei are valorile:

- pentru cutiile de viteze: 8MVR ;

- pentru cutiile de avansuri: 14αMR .

Aceste valori sunt mult mai mici decât cele necesare mecanismului de reglare

(pentru care 10010 nR ), astfel încât este necesar să se utilizeze mai multe

mecanisme elementare înseriate.

Pentru un mecanism de reglare format din K mecanisme elementare, raportul de

variaţie a turaţiei se calculează ca produs al rapoartelor mecanismelor elementare:

MKMMn RRRR 21 . (4.24)

Notând cu p1, p2 ,…, pK numerele de turaţii realizate de fiecare din cele K

mecanisme elementare, numărul total de turaţii realizate de mecanismul de reglare se

poate calcula cu formula:

Kpppz 21 . (4.25)

Dacă cele z turaţii au raţia , pentru ca să nu apară turaţii suprapuse este necesar

ca raţiile turaţiilor mecanismelor elementare să se stabilească după următoarea regulă

generală:

- unul din mecanismele elementare (oricare, de exemplu pj ) trebuie să aibă raţia ;

- produsul jpφ devine raţie la unul (oricare,de exemplu pI)din mecanismele rămase;

- produsul ij ppφ devine raţie la unul (oricare) din mecanismele rămase;

- se continuă astfel stabilirea raţiilor până la epuizarea tuturor celor K termeni.

De exemplu, luând termenii la rând şi notând raţiile ca indici, relaţia (4.25) se poate

scrie sub forma:

121213121 pkppKppp ppppz , (4.26)

care reprezintă ecuaţia structurală a variantei respective de mecanism de reglare. Ea

indică din câte mecanisme elementare este format, câte turaţii realizează fiecare

mecanism şi raţiile corespunzătoare.

Generalizând, dacă notăm cu x1, x2, …, xK raţiile celor K mecanisme elementare,

stabilite după regula generală de mai sus, putem scrie:

XKKXX pppz 2211 , (4.27)

52

aceasta reprezentând ecuaţia structurală generalizată a mecanismului de reglare, care de

fapt exprimă o mulţime de mecanisme de reglare care, teoretic, pot să realizeze cele z

turaţii etajate cu raţia . Această mulţime rezultă datorită comutativităţii produsului, care

permite permutarea termenilor p1, p2,…, pK din relaţia (4.27), iar indicii x1, x2,…, xK pot fi

permutaţi prin însăşi regula de formare.

Se poate demonstra că numărul total de variante de mecanisme de reglare

(numărul de elemente ale mulţimii) se poate calcula cu relaţia:

...!!

!2

nm

KN , (4.28)

în care m, n, … reprezintă numărul de mecanisme elementare de acelaşi tip.

Pentru exemplificare, se consideră cutia de viteze din figura 4.5., formată din două

mecanisme elementare cu roţi baladoare, având p1 = 2 şi p2 = 3, care realizează z=23 = 6

turaţii. Aplicând regula de formare a indicilor, rezultă două variante de mecanism având e-

cuaţiile structurale de forma:

632 2 z şi

6323 z .

Prin permutarea termenilor

(ceea ce fizic înseamnă inver-

sarea locurilor ocupate de cele

două mecanisme din fig.4.5.) se

obţin încă două variante, având

ecuaţiile structurale:

623 3 z şi

6232 z .

Numărul total de variante calculat cu relaţia (4.28) este:

4

!1!1

!22

N variante,

aşa cum a rezultat mai sus.

Orice ecuaţie structurală poate fi reprezentată grafic sub forma unui graf orientat,

care reprezintă reţeaua structurală a mecanismului respectiv. În figura 4.6 sunt prezentate

cele patru reţele structurale corespunzătoare ecuaţiilor structurale din exemplul de mai

sus. În grafic, dreptele verticale reprezintă arborii, iar cele orizontale turaţiile (distanţate cu

raţia ). Graful are o formă simetrică.

Reţeaua structurală indică: numărul de mecanisme elementare, numărul de arbori,

numărul de turaţii la fiecare arbore, numărul rapoartelor de transmitere şi succesiunea co-

mutărilor pentru realizarea fiecărei turaţii de ieşire. Ea serveşte la alegerea variantei opti-

Fig.4.5

Fig.4.5

53

me de schemă cinematică,aceasta trebuind

să satisfacă o serie de condiţii (restricţii).

Diagrama de turaţii este o reprezentare

la scară logaritmică a reţelei structurale

optime.

La etajarea turaţiilor după o serie geo-

metrică, termenul general poate fi scris sub

forma:

1

1

K

K φnn ,

care prin logaritmare devine:

log1loglog 1 KnnK (4.29)

Relaţia (4.29) arată că, pe o axă logarit-

mică, turaţia nK este distanţată la (K-1) uni-

tăţi de măsură egale cu log , faţă de tura-

ţia n1. Aşadar, adoptând o origine comună

pentru toţi arborii, se pot reprezenta la ace-

eaşi scară turaţiile diferiţilor arbori, rezul-

tând astfel şi valorile rapoartelor de transmi-

tere. Diagrama de turaţii este o construcţie asimetrică, precis determinată, fără a fi unică,

pentru o reţea structurală putând fi trasate mai multe diagrame de turaţii, dintre care se

alege cea optimă, dar odată stabilită, ea defineşte complet varianta de mecanism aleasă.

În figura 4.7. este prezentată diagrama de turaţii corespunzătoare ecuaţiei

φφφ 632 2 . Considerând originea în n0, rapoartele de transmitere pot fi scrise ca puteri

ale raţiei , astfel:

3

3

23

1

22

1

21

1

12

0

11

1;

1;

1;1

φφi

φφiφφi

φφiφi

. (4.30)

Ecuaţia structurală, reţeaua structurală şi

diagrama de turaţii sunt prezentate în cărţile tehnice

ale maşinilor-unelte şi definesc complet varianta

mecanismului de reglare adoptat.

Fig.4.6

Fig.4.6

Fig.4.7

54

4.4.1.3. Mecanisme elementare pentru realizarea mişcării de rotaţie.

Mecanismele pentru realizarea mişcării de rotaţie sunt cele mai utilizate, datorită

performanţelor superioare comparativ cu mecanismele pentru realizarea altor tipuri de

mişcări. De aceea, chiar dacă mărimea de ieşire dintr-un lanţ cinematic este o mişcare de

o altă natură, mărimea de intrare este o mişcare de rotaţie, care este procesată cantitativ

prin mecanisme specifice, iar în final este transformată din punct de vedere calitativ

(privind natura mişcării).

4.4.1.3.1. Mecanisme elementare pentru reglarea turaţiei.

Mecansimele pentru reglarea turaţiei au rolul transmiterii şi regării cantitative a

acesteia, pentru realizarea gamei valorilor turaţiilor de ieşire. După natura mecanismelor

utilizate, ele por fi împărţite în două grupe:

- mecanisme cu conuri în trepte de roţi de curea;

- mecanisme cu roţi dinţate (cu angrenaje).

Mecanismele cu roţi dinţate sunt cele mai performante, deoarece asigură o precizie

cinematică ridicată, permit realizarea de rapoarte de reglare oricât de mari, sau de mici,

prin cuplarea lor în serie, asigură cuplarea-decuplarea cu uşurinţă a mişcării, au gabarit şi

cost redus şi nu sunt pretenţioase ca întreţinere.

Principalele tipuri de mecanisme cu roţi dinţate utilizate pentru reglarea mişcării de

rotaţie sunt: mecanismele cu roţi baladoare, mecanismele cu cuplaje, mecanismele cu roţi

de schimb, mecanismele cu con Norton, mecanismele cu pană glisantă şi mecanismele cu

roţi în meandre.

Mecanisme cu roţi baladoare.

Prin roată baladoare, sau bloc balador, se înţelege acea roată, sau grup de roţi

dinţate, care se poate deplasa axial pe arbore, fiind cuplată permanent cu acesta privind

transmiterea mişcării de rotaţie.

Se cunosc mai multe variante de mecanisme cu roţi baladoare, după cum urmează.

După numărul de roţi din grupul balador, pot fi:

- cu o singură roată baladoare;

- cu bloc balador dublu;

- cu bloc balador triplu.

După construcţia blocului balador, se cunosc:

- mecanisme cu balador interior;

- mecanisme cu balador exterior.

După locul de amplasare, baladorul poate fi dispus pe arborele conducător sau pe

cel condus.

Mecanismul cu balador dublu, interior, montat pe arborele conducător este

prezentat în figura 4.8. Blocul balador se compune din roţile dinţate z1 şi z2 glisante de-a

lungul arborelui I şi roţile conjugate z3 şi z4 , fixate pe arborele II.

55

Pentru acest tip de balador se pot obţine două tu-

raţii la arborele de ieşire (II), în funcţie de pozi-

ţia axială a grupului balador. Rapoartele de

transmitere corespunzătoare sunt:

0

1

3

11

n

n

z

zi ;

0

2

4

22

n

n

z

zi . (4.31)

Pentru a evita blocarea mecanismului şi a

permite schimbarea turaţiei, condiţia care se

impune este ca cea de a doua pereche de roţi să

intră în angrenare numai după ce prima pereche a

ieşit din angrenare, astfel încât gabaritul axial al a-

cestui mecanisme rezultă B > 4b, b fiind lăţimea roţilor dinţate.

Mecanismul cu balador exterior se obţine dacă se fixează roţile apropiate (z1 şi z2 ),

iar roţile z3 şi z4 (distanţate) formează blocul balador, în acest caz gabaritul crescând la

B > 6b.

Mecanismul cu balador triplu, interior, montat tot pe arborele conducător, este

prezentat în figura 4.9 şi este alcătuit dintr-un grup de trei roţi z1 , z3 şi z5 (blocul balador)

care se pot deplasa de-a lungul arborelui conducător I.

Pentru acest tip de balador se pot obţine trei tu-

raţii la arborele de ieşire (II), în funcţie de poziţia

grupului balador, rapoartele de transmitere având

valorile:

0

1

2

11

n

n

z

zi ,

0

2

4

32

n

n

z

zi ,

0

3

6

53

n

n

z

zi . (4.32)

Pentru mecanismul cu balador triplu interior

este necesar ca roţile z1 şi z5 să treacă peste roata

z4 fără să o atingă, această condiţie fiind îndeplinită

dacă:

4,4 5343 zzzz . (4.33)

Gabaritul axial minim al acestui mecanism este B>7b.

Datorită creşterii rapide a gabaritului axial cu numărul de roţi baladoare, nu se

construiesc blocuri baladoare cu mai mult de trei roţi. Pentru realizarea a patru turaţii se

recomandă utilizarea a două baladoare duble, iar pentru cinci turaţii, un balador dublu şi

unul triplu. În astfel de cazuri mecanismele de comandă ale baladoarelor trebuie să

prevină cuplarea lor simultană.

Avantajele acestor mecanisme sunt următoarele: simplitate constructivă, gabarit şi

cost redus, rigiditate şi precizie ridicată, manevrabilitate uşoară, timp mijlociu de

schimbare a turaţiei; deoarece angrenează simultan numai roţile care transmit mişcarea,

au o uzură redusă şi o funcţionare liniştită.

Fig.4.9

Fig.4.9

Fig.4.8

Fig.4.8

56

Dezavantajul acestor mecanisme este că roţile nu pot cupla în timpul mersului.

Datorită caracteristicilor lor, aceste mecanisme pot lucra la turaţii ridicate şi să

transmită cupluri mari, fiind utilizate atât în lanţurile cinematice principale, cât şi în cele de

avans, la maşinile universale.

Mecanisme cu cuplaje.

Mecanismele cu roţi dinţate şi cuplaje constau din mai multe angrenaje la care una

din roţi este fixată pe arbore, iar cealaltă se roteşte liber, cuplarea ei cu arborele

realizându-se cu ajutorul unui cuplaj.

Cuplajele utilizate pot fi cu dinţi sau cu fricţiune (ambreiaje). Cele cu dinţi au un

gabarit redus şi pot transmite momente mari, dar nu pot fi cuplate în timpul mersului.

Ambreiajele au un gabarit mai mare, dar permit cuplarea sub sarcină şi din mers.

Cuplajele pot fi amplasate pe arborele conducător sau pe cel condus, funcţie de ti-

pul cuplajului şi al angrenajului (reductor sau

ridicător de turaţie).

În figura 4.10 este prezentat un mecanism

elementar pentru realizarea a două turaţii. Roţile

libere z2 şi z4 pot fi cuplate cu arborele condus II

prin intermediul cuplajelor K1 şi K2 , realizate prin

deplasarea axială a semicuplajului central K la

stânga sau la dreapta, obţinându-se rapoartele de

transmitere următoare:

0

1

2

11

n

n

z

zi şi

0

2

4

32

n

n

z

zi (4.34)

O variantă a mecanismelor cu cuplaje este cea cu intermediară, prezentată în

figura4.11. Intermediara este formată din roţile z2 şi z3 montate fix pe arborele II. La acest

mecanism mişcarea n0 se introduce la roata z1 şi

poate fi transmisă direct la arborele de ieşire I (dacă

este cuplat cuplajul K1 ), sau indirect, prin

intermediară (dacă este cuplat cuplajul K2). Cele

două rapoarte de transmitere au valorile:

0

01

1

1

n

ni (pentru K deplasat la stânga); (4.35)

0

1

4

3

2

12

n

n

z

z

z

zi (pentru K deplasat la dreapta).

Raportul i2, fiind obţinut ca produs a două rapoarte, de regulă reductoare având fiecare

valoarea minimă ¼, poate avea valoarea minimă:

16

1

4

1

4

12 i ,

Fig.4.10

Fig.4.10

Fig.4.11

Fig.4.11

57

permiţând demultiplicări ale turaţiei n0, astfel încât acest mecanism este utilizat frecvent

pentru extinderea unui domeniu de reglare al turaţiilor de intrare n0.

Mecanismele cu cuplaje prezintă dezavantajele că toate roţile dinţate angrenează

permanent, determinând uzuri şi zgomot mărit, şi au gabarit mare.

O variantă frecvent întâlnită este aceea care utilizează ambreiaje electromagnetice,

care permit cuplarea în timpul mersului şi permit automatizarea schimbării turaţiilor.

Mecanisme cu roţi de schimb.

Mecanismul cu roţi de schimb se compune din doi arbori ficşi I şi II (fig.4.12), între

care mişcarea se poate transmite prin una, două sau chiar trei perechi de roţi dinţate

schimbabile (în figură, varianta cu

două angrenaje de schimb). Arborele

intermediar reglabil III este solidar cu

culisa blocabilă C, a cărei poziţie x

poate fi reglată pe braţul B,articulat pe

arborele I şi care la rândul său poate fi

poziţionat şi blocat la un unghi , de-

terminând distanţa dintre axe y. Braţul

B poartă denumirea de liră a roţilor de

schimb şi poate avea diferite forme.

Cel mai simplu mecanism cu roţi de

schimb se obţine atunci când roata z1 angrenează direct cu z4, dar în acest caz rapoartele

de transmitere realizate prin schimbarea roţilor sunt limitate de condiţia: z1+z4 = ct.,

impusă de distanţa dintre axe A=ct.

Pentru mecanismul din figură, raportul de transmitere are valoarea:

21

4

3

2

1 iiz

z

z

zi , (4.36)

iar rapoartele i1 şi i2 pot fi reglate în limite largi, datorită posibilităţii de reglare

independentă a distanţelor x şi y dintre axe.

Pentru minimizarea numărului de roţi de schimb, se recomandă ca aceste

mecanisme să fie proiectate având diagrama de turaţii simetrică (fig.4.13). Rapoartele de

transmitere fiind de forma:

,1;11

;11

;11

;11

0

5

6

4

7

23

8

32

9

41

ii

i

ii

ii

ii

(4.37)

numărul de roţi se reduce aproximativ cu 50%.

Fig.4.12

Fig.4.12

Fig.4.13

58

Mecanismele cu roţi de schimb prezintă avantajele că au un gabarit foarte redus la

maşină, rigiditate şi precizie cinematică bună, cost mic, posibilităţi largi de reglare cu

etajarea turaţiilor după orice serie sau realizarea de turaţii oarecare, putând fi utilizate atât

în lanţurile cinematice principale cât şi în cele de avans.

Dezavantajele acestor mecanisme sunt că necesită un număr mare de roţi de

schimb (accesorii normale ale maşinii) şi un timp mare de schimbare a turaţiei, motiv

pentru care se utilizează cu precădere la maşinile spacializate şi speciale, la care turaţiile

se schimbă foarte rar. La maşinile universale, se folosesc în vederea extinderii

posibilităţilor de reglare ale mecansimelor de bază.

Mecanisme cu con Norton.

Mecanismul Norton se compune dintr-o grupă de roţi dinţate în trepte z1, z2,…, zm

(fig.4.14) fixate pe axul conducător I , şi dintr-un braţ rabatabil B, care poate fi deplasat în

lungul arborelui II. Braţul B are două grade de libertate, rotire şi glisare, ceea ce asigură

deplasarea roţii z’, aflată în angrenare permanentă cu roata z, de pe arborele II şi

angrenarea ei cu oricare din roţile zk ale conului de roţi de pe arborele I.

Fixarea braţului B într-o anumită poziţie se poate realiza cu ajutorul indexorului I,

care intră într-una din găurile 1,2,…m executate pe capacul C al mecanismului.

Ţinînd cont de arborele la care se introduce turaţia de intrare, se poate realiza

raportul de transmitere:

z

z

z

z

z

zi kkk

'

', (4.38)

în cazul în care turaţia de intrare n0 se transmite la arborele I, turaţiile n1,…,nm, obţi-

Fig.4.14

59

nându-se la arborele II, sau raportul

kkk z

z

z

z

z

z

i

'

'

1,

realizat în cazul în care turaţia de intrare n0 se introduce la arborele II, iar turaţiile n1,…,nm,

se obţin la arborele I.

Mecanismul cu con Norton prezintă avantajele că la un gabarit redus poate realiza

un număr mare de turaţii, etajate după o serie oarecare.

Ca dezavantaje, datorită braţului mobil B, mecanismul are o rigiditate redusă, ceea

ce limitează utilizarea lui numai la cutiile de avansuri (şi filete, mai ales la strunguri).

Datorită raportului de reglare a turaţiei relativ redus (2…4), insuficient pentru necesităţilor

cutiilor de avansuri, mecanismul Norton se combină cu alte mecanisme, cum sunt cele cu

roţi baladoare.

Mecanisme cu pană glisantă.

Acest tip de mecanism (fig.4.15) este compus dintr-un număr N de roţi dinţate în

trepte, montate fix pe unul din arbori, care angrenează cu un număr identic de roţi dinţate

montate liber pe celălalt arbore. Acest arbore, II , posedă un canal longitudinal în care,cu

ajutorul tijei T, se poate deplasa pana P, ce solidarizează succesiv fiecare din roţi cu arbo-

rele.În vederea pătrun-

derii în canalul de

pană din roţi, pana

este acţionată de arcul

A, iar pentru evitarea

cuplării simultane a

două roţi şi blocării

mecanismului, între

roţi sunt prevăzute

inelele I.

Se pot realiza

următoarele rapoarte

de transmitere:

Se pot realiza următoarele rapoarte de transmitere 0

...1

n

n

z

zi N

k

kk

. (4.39)

Mecanismele cu pană glisantă sunt foarte compacte şi permit realizarea unor turaţii

oarecare, dar prezintă o rigiditate redusă (datorită arborelui II şi penei P), au gabarit axial

mare (datorită tijei T), produc zgomot şi uzuri mari (datorită angrenării permanente a

roţilor) şi nu permit schimbarea turaţiilor în timpul mersului.

Datorită acestor dezavantaje mecanismul cu pană glisantă este destinat cutiilor de

avansuri care transmit puteri mici.

Fig.4.15

60

Mecanisme cu roţi în meandre.

Aceste mecanisme sunt formate din blocuri identice de câte două roţi dinţate za şi zb

care sunt în permanentă angrenare (fig.4.16).

Un singur grup de roţi dinţate, aflat pe arborele I, este fix, restul roţilor fiind libere.

Mişcarea se transmite arborelui IV prin intermediul roţilor zc şi zd , deplasabile axial

cu ajutorul braţului B. Pentru poziţiile 1…10 se obţin următoarele rapoarte de transmitere:

5

10

0

5

4

9

1

4

3

8

2

3

2

7

3

2

1

6

4

1

b

a

d

b

d

c

c

b

a

b

a

b

a

b

a

b

a

b

b

a

d

b

d

c

c

a

a

b

b

a

d

b

d

c

c

b

a

b

a

b

a

b

a

a

b

a

d

b

d

c

c

b

b

a

b

a

d

b

d

c

c

b

a

b

a

b

a

b

b

a

d

b

d

c

c

a

b

a

b

a

d

b

d

c

c

a

a

b

a

b

a

b

b

a

d

b

d

c

c

b

b

a

a

a

b

a

b

a

d

b

d

c

c

b

a

b

b

a

d

b

d

c

c

a

b

a

b

a

b

a

z

z

z

z

z

z

z

z

z

z

z

z

z

z

z

z

z

zi

z

z

z

z

z

z

z

z

z

zi

z

z

z

z

z

z

z

z

z

z

z

z

z

z

z

zi

z

z

z

z

z

z

z

z

z

zi

z

z

z

z

z

z

z

z

z

z

z

z

z

zi

z

z

z

z

z

z

z

z

z

zi

z

z

z

z

z

z

z

z

z

z

z

z

z

zi

z

z

z

z

z

z

z

z

z

z

z

z

z

zi

z

z

z

z

z

z

z

z

z

zi

z

z

z

z

z

z

z

z

z

z

z

z

z

zi

(4.40)

Se constată că raportele sunt într-o serie geometrică cu raţia =za / zb. Pentru

cazul particular în care za = 2zb şi zb = zd ,se obţine = 2.

Se cunosc mai multe variante constructive de mecanisme cu roţi în meandre, dintre

care un interes deosebit îl prezintă cele cu braţ mobil cu un singur grad de libertate (numai

deplasarea axială), care au rigiditate mai mare. O primă variantă este aceea la care

arborele III este fix, iar roţile zc = zd angrenează pe rând cu roţile za de pe arborii I şi II,

turaţiile fiind etajate tot într-o serie geometrică cu raţia = za / zb. Într-o altă variantă,

Fig.4.16

Fig.4.16

61

arborele III lipseşte, iar roata zd angrenează direct cu roţile za de pe arborele II, turaţiile

având raţia = (za / zb )2.

Principalul dezavantaj al mecanismelor cu roţi în meandre este rigiditatea scăzută a

sistemului de basculare, ceea ce limitează utilizarea mecanismului doar la transmiterea

turaţiilor şi puterilor mici. În combinaţie cu mecanismul Norton se utilizează în cutiile de

avansuri şi filete.

4.4.1.3.2. Mecanisme pentru inversarea sensului de mişcare.

Principalele mecanisme de realizare a inversării sensului de rotaţie sunt:

inversoarele cu roţi baladoare, inversoarele cu cuplaje, inversoarele cu roţi dinţate

rabatabile şi inversoarele cu roţi dinţate conice.

Mecanisme inversoare cu roţi baladoare.

Aceste mecanisme sunt formate din roţi dinţate montate pe trei arbori, astfel: roţile

z1 şi z4 sunt fixate pe arborele conducător I, roata baladoare z3 - pe arborele de ieşire III şi

roata intermediară z2 , cu ajutorul căreia se realizează inversarea sensului - montată pe

arborele intermediar II, (fig.4.17).

În funcţie de poziţia roţii baladoare z3 se pot obţine două rapoarte de transmitere:

- raportul de transmitere direct;

3

1

3

2

2

1

z

z

z

z

z

zid ; (4.41)

- raportul de transmitere invers:

3

4

z

zi i . (4.42)

Raportul de inversare se defineşte

cu relaţia:

1

4

1

3

3

4

z

z

z

z

z

z

i

i

d

i . (4.43)

Pentru mecanismul din figură,

deoarece z4 z1 rezultă 1. Utilizând

un bloc balador cu două roţi dinţate se

poate realiza =1..4.

Mecanismul se utilizează atât în

lanţurile cinematice principale cât şi în

cele de avans.

Fig.4.17

62

Mecanisme inversoare cu cuplaje.

Inversoarele cu cuplaje (fig.4.18) sunt construite asemănător cu mecanismele de

transmitere a mişcării cu cuplaje, doar că între cei doi arbori se interpune un arbore

intermediar. În funcţie de poziţia cuplajului K se pot obţine rapoartele de transmitere:

5

3

5

4

4

3

z

z

z

z

z

zid şi

2

1

z

zi i . (4.44)

Raportul de inversare are

expresia:

3

5

2

1

z

z

z

z

i

i

d

i . (4.45)

Aceste mecanisme prezintă

avantajele şi dezavantajele

mecanismelor cu cuplaje şi se

utilizează atât în lanţurile cinematice

principale cât şi în cele de avans.

Mecanisme inversoare cu roţi rabatabile.

Aceste mecanisme se pot realiza în mai multe variante, dintre care cea prezentată

în figura 4.19 se compune din: roata z1 montată pe arborele fix I, roata z4 pe arborele fix II

şi roţile intermediare z2 şi z3 montate pe placa P, care basculează în jurul arborelui condus

II cu ajutorul braţului B.

Roata dinţată z2 angrenează permanent cu roţile z3 şi z4 . Braţul B poate ocupa trei

poziţii, pentru care se obţin rapoarte de transmitere corespunzătoare:

-poziţia 1 – pentru rotaţie directă, în care este

activă numai roata intermediară z2, pentru care:

04

1

4

2

2

1

n

n

z

z

z

z

z

zi dd ; (4.46)

-poziţia 0 – de întrerupere a transmiterii mişcării,

pentru care roata z1 nu angrenează cu nici una din

roţile intermediare;

-poziţia 2 – pentru rotaţie inversă, în care sunt

active ambele roţi intermediare, obţinându-se:

04

1

4

2

2

3

3

1

n

n

z

z

z

z

z

z

z

zi ii . (4.47)

Se constată că pentru acest mecanism = 1.

Mecanismul are gabarit axial mic şi rigiditate redusă, fiind utilizat numai în lanţurile

cinematice de avans.

Fig.4,18

Fig.4.18

Fig.4.19

63

Mecanisme inversoare cu roţi conice.

Mecanismele inversoare cu roţi dinţate conice (fig.4.20) au în componenţa lor trei

roţi dinţate conice: roţile z1 şi z2, monate liber pe arborele I şi roata z3 montată fix pe

arborele de ieşire II.

Unui sens de rotire al arborelui principal I îi pot

corespunde două sensuri de rotaţie ale arborelui de

ieşire II, în funcţie de poziţia cuplajului K, adică în

funcţie de roata care angrenează cu z3.

Rapoartele de transmitere şi cel de inversare au

expresiile:

,;2

1

4

2

3

1

z

zsi

z

zi

z

zi id (4.48)

fiind de regulă unitare.

Dezavantajul acestor mecanisme este acela că au dimensiuni mari în cazul

transmiterii unor puteri mari, iar zgomotul produs este mai pronunţat decât la celelalte

inversoare.

Tehnologic angrenajele conice se realizează mai greu şi la precizie mai scăzută

decât angrenajele cilindrice şi, de aceea se preferă utilizarea inversoarelor cu roţi dinţate

cilindrice, atunci când este posibil.

4.4.2. Mecanisme pentru reglarea continuă a turaţiei.

Reglarea continuă a turaţiei este avantajoasă deoarece permite reglarea oricărei

turaţii şi realizarea vitezei economice pentru fiecare caz de prelucrare, în limitele

funcţionale ale mecanismului. Astfel, conform relaţiei (4.19), pierderea de productivitate

pentru etajarea turaţiilor după o serie geometrică are expresia

11max v , iar pentru

=1 (variere continuă a turaţiei), rezultă Vmax = 0.

Variatoarele mecanice de turaţie transmit mişcarea, în general, prin fricţiune, astfel

încât, datorită alunecărilor ele nu realizează un raport de transmitere constant, motiv

pentru care nu se utilizează la lanţurile cinematice precise.

Variatoarele mecanice pot fi cu contact direct între elementul conducător şi cel

condus, sau cu contact indirect, prin role, lanţ sau curea.

După forma suprafeţelor active de frecare, variatorii pot fi cu elemente plane, conice

sau toroidale.

Fig.4.20

Fig.4.20

64

Variatoare cu elemente conice.

Aceste variatoare pot fi cu un singur element conic (fig.4.21,a), sau mai multe

(fig.4.21,b), care produc variaţia turaţiei prin variaţia razei conului în punctul teoretic de

contact.

In figura 4.21,a se prezintă un variator cu con deplasabil pe o roată plană, care se

compune din:1-con conducător;2-inel de fricţiune;3-roată plană;4-arc de compresiune;5-

şurub de reglare. Inelul 2 este confecţionat dintr-un material cu coeficient mare de frecare,

iar forţa necesară de apăsare este dezvoltată de arcul 4.

Fig.4.21

Raportul de transmitere al variatorului este:

,sin

0

xKR

x

R

R

n

ni xxx

(4.49)

în care Rx este raza reglabilă a conului în punctul teoretic de contact N, R este raza

cercului mediu de pe suprafaţa de contact a discului, x – deplasarea curentă a conului, -

semiunghiul la vârf, iar K – factor de proporţionalitate.

Valorile extreme ale lui x fiind xmax = H şi xmin = h, raportul total de reglare al

variatorului este:

)4...3(min

max h

H

i

iRi . (4.50)

În figura 4.21,b este prezentat un variator cu două conuri, având semiunghiurile 1

şi 2, diferite ca mărime.

Dacă conul cu unghiul 1 este conducător, raportul de transmitere este:

2

1

2

1

0 R

R

R

R

R

R

n

ni xx . (4.51)

65

Deoarece 2211 sin,sin xHRxR , H fiind distanţa dintre vârfurile O1 şi

O2 ale celor două conuri măsurate în lungul generatoarelor paralele, înlocuind în relaţia

(4.51) rezultă:

2

1

sin

sin

δ

δ

xH

xix

. (4.52)

Cum în general 1 = 2, se obţine:

xH

xix

. (4.53)

Datorită efectului dublu al variaţiei deplasării x, aceste variatoare realizează

rapoarte de reglare mai mari decât cele cu reglare simplă, având valoarea Rt 9.

Variatoare cu elemente toroidale.

În figura 4.22 este prezentat aşa numitul variator Svetozarov, care se compune din:

1 şi 2 – piese cu suprefeţe toroidale; 3 – discuri intermediare, în formă de con.

Raportul de transmitere este dat de relaţia:

2

1

R

Rix , (4.54)

unde R1 şi R2 sunt razele în punctul de

contact al elementului conducător 1 şi

elementului condus 2.

Ţinând cont că:

)sin(1 δθrHR şi )sin(2 δθrHR

va rezulta că raportul de transmitere este:

δθrH

δθrHix

sin

sin. (4.55)

Raportul de reglare al acestor variatoare are valoarea Rt = 4…8.

Variatorul prezintă o serie de avantaje şi anume: siguranţă în exploatare; rezistenţă

la uzură; simplitate constructivă şi o bună stabilitatea a raportului de transmitere.

4.4.3. Mecanisme pentru realizarea mişcării de translaţie.

Mişcarea de translaţie se obţine din mişcarea de rotaţie, utilizând mecanisme de

transformare calitativă a mişcării. Deoarece mişcarea de translaţie este o mişcare

rectilinie-alternativă, după modul de realizare a inversării sensului de deplasare, aceste

mecanisme pot fi: cu autoinversare şi fără autoinversare.

Principalele mecanisme utilizate în transmiterea mişcării de translaţie sunt:

mecanismul bielă-manivelă; mecanismul culisă-oscilantă; mecanismul şurub-piuliţă;

mecanismul pinion-cremalieră şi mecanismele cu camă.

Fig.4.22

Fig.4.22

66

Mecanisme bielă-manivelă.

Mecanismul bielă manivelă (fig.4.23) este compus din următoarele elemente:1-

manivelă;2-bielă;3-culisă;4-ghidaj.

Dacă manivela se roteşte cu viteza

unghiulară constantă , viteza de deplasare a

culisei, pe parcursul cursei de lucru AB,

variază după curba AMBNA, definită de

ecuaţia:

φλφrωv 2sin

2

1sin , (4.56)

unde: este variabila independentă; - viteza

unghiulară a manivelei de rază r, - raportul

dintre lungimea manivelei şi cea a bielei

lrλ / .

Se constată că viteza are o variaţie pronunţată, având aceeaşi formă atât pe cursa

de lucru (activă), cât şi pe cea de întoarcere (pasivă). În vederea prelucrării, lanţul

cinematic se reglează astfel încât viteza medie pe cursa activă, a cărei valoare în funcţie

de viteza tangenţială a manivelei este:

Tm vv 637,0 , (4.57)

să fie egală cu viteza economică de aşchiere. Variaţia vitezei de-a lungul cursei determină

variaţia rugozităţii suprafeţei prelucrate.

Deoarece vitezele de deplasare pe cele două curse sunt egale, timpul de lucru este

egal cu cel de întoarcere, astfel încât productivitatea mecanismului pe ciclu cinematic este

de maxim 50%.

Acest mecanism se utilizează la maşinile unelte care au mişcarea principală

rectilinie: maşinile de rabotat, de mortezat şi la unele maşini de danturat.

Mecanisme cu culisă-oscilantă.

Se cunosc mai multe variante ale acestui mecanism, dintre care una este

prezentată în figura 4.24, în care s-au notat: 1-manivelă; 2-piatră de culisă; 3-culisă

oscilantă; 4-piatră de culisă superioară; 5-culisă de translaţie.

Manivela 1 execută o mişcare de rotaţie , şi deoarece excentricitatea e r, culisa 3

va căpăta o mişcare oscilantă cu viteza unghiulară c, dată de relaţia:

2cos21

cos

λφλ

φλλωωC

(4.58)

în care erλ / , e fiind distanţa OO1 dintre axa de rotaţie a manivelei şi axa de oscilaţie a

culisei.

Fig.4.23

Fig.4.23

67

Mişcarea oscilantă de viteză C a culisei este transformată într-o mişcare rectilinie

alternativă de către cupla piatra 4 – culisa 5.

Din diagrama de viteze se poate observa

că există două curse a căror viteze şi

respectiv timp de parcurgere diferă. Astfel, pe

porţiunea activă, A’MB’ variaţia vitezei este

mai mică decât în cazul mecanismului bielă-

manivelă, iar la întoarcere viteza maximă este

mult mai mare decât în cursa de lucru. De

aceea rezultă că timpul de lucru, Taş, este mai

mare decât timpul de întoarcere, Tr. Aceşti

timpi se calculează cu relaţiile:

21 ; ras TT , (4.59)

unde απθ 21 şi απθπθ 22 12 .

Unghiul se poate calcula din triunghiul

O1BO, cu relaţia:

e

rarcsin . (4.60)

Calculând productivitatea pe ciclu

cinematic, se obţine:

asasras TTTTQ

2

11, (4.61)

Relaţia (4.61) arată că productivitatea mecanismului cu culisă oscilantă este mai

mare decât a celui bielă-manivelă, cu cât este mai mare.

Utilizarea cea mai des întâlnită a acestui mecanism este la realizarea mişcării

principale la şepingurile acţionate mecanic.

Mecanisme şurub-piuliţă.

Mecanismele şurub-piuliţă sunt întâlnite în două variante: cu şurub lung şi piuliţă

scurtă (fig.4.25) şi cu şurub scurt şi semipiuliţă lungă. Funcţional, mecanismul cu şurub-

piuliţă din figură are ca element

conducător şurubul, care execută

mişcarea de rotaţie ns, iar ca element

condus piuliţa,care execută mişcarea

de translaţie w.

Mărimea de ieşire, viteza de

avans,w se calculează cu relaţia :

pnw s [mm/min], (4.62)

Fig.4.24

Fig.4.24

Fig.4.25

68

de unde rezultă raportul de transfer:

pn

wi

s

[mm], (4.63)

în care nş este turaţia şurubului, iar p - pasul şurubului.

Această variantă a mecanismului şurub-piuliţă este cea mai răspândită la maşinile-

unelte, pentru acţionarea săniilor în mişcări de avans, asigurând o precizie cinematică

ridicată.

Mecanisme pinion-cremalieră.

Mecanismul pinion-cremalieră (fig.4.26) este alcătuit dintr-o roată dinţată, 1, şi o

cremalieră 2. Elementul condu-

cător este roata dinţată, iar ele-

mentul care execută mişcarea de

translaţie este fie cremaliera, de

care se fixează elementul mobil

al maşinii, fie roata dinţată atunci

când lagărele ei sunt solidare cu

elementul mobil al maşinii.

Ecuaţia de transfer a acestui mecanism este:

zpnnzmπndπw sssp , (4.64)

în care dp este diametrul de divizare al pinionului; m-modulul; z-numărul de dinţi.

Raportul de transfer are expresia:

zpn

wi

s

. (4.65)

Se constată că raportul de transfer este de z ori mai mare decât la mecanismul

şurub-piuliţă, motiv pentru care mecanismul pinion-cremalieră se foloseşte la realizarea

deplasărilor de translaţie cu viteze mari (mişcări principale sau de avans, dar de precizie

mai redusă).

Mecanismul cu cremalieră deplasabilă se utilizează la acţionarea meselor maşinilor

de rabotat cu masă mobilă, iar mecanismul cu pinion deplasabil se utilizează la acţionarea

căruciorului strungurilor normale.

Mecanisme cu camă.

Mecanismele cu camă se diferenţiază după tipul de camă utilizată. Astfel există

came disc, respectiv mecanisme cu came disc (fig.4.27,a); came plane, respectiv

mecanisme cu came plane (fig.4.27,b) şi came cilindrice, respectiv mecanisme cu came

cilindrice.

Camele disc (fig.4.27,a) au sectorul de lucru profilat, din considerente funcţionale,

după o spirală arhimedică cu ecuaţia:

Fig.4.25

Fig.4.26

69

2

sp, (4.66)

în care Ps este pasul spiralei.

Se utilizează această curbă deoarece ea asigură la o viteză unghiulară constantă

a camei, o viteză de translaţie a tachetului w constantă. Într-adevăr, derivând relaţia (4.66)

se obţine:

22

ss Pw

dt

dP

dt

d, (4.67)

din care rezultă raportul de transfer:

,2

spwi (4.68)

relaţie asemănătoare mecanismelor şurub-piuliţă.

Camele disc şi cele cilindrice au o largă utilizare la realizarea mişcărilor de avans şi

auxiliare de la strungurile automate şi la realizarea mişcărilor auxiliare la diferite alte

maşini-unelte.

Camele plane transformă

mişcarea de translaţie într-o

translaţie după o altă

direcţie. Ele au ca profil o

dreaptă înclinată cu unghiul

, în raport cu direcţia de

deplasare, legătura dintre

viteza de avans w şi viteza

de deplasare vK a camei

fiind:

θtgvw K , (4.69)

raportul de transfer fiind în

acest caz:

θtgv

wi

K

. (4.70)

Camele plane se utilizează la realizarea unor viteze de avans foarte mici.

4.4.4. Mecanisme pentru realizarea mişcării intermitente.

Mişcarea intermitentă, sau pas cu pas poate fi o mişcare de rotaţie sau una de

translaţie.

Mişcarea de rotaţie intermitentă se obţine din mişcarea de rotaţie continuă, utilizând

mecanisme de transformare cu clichet sau cu cruce de malta, iar mişcarea de translaţie

Fig.4.27

Fig.4.27

70

intermitentă se realizează din cea de rotaţie intermitentă, transformând-o în continuare cu

ajutorul mecanismului şurub-piuliţă sau pinion-cremalieră.

In figura 4.28 este prezentat un mecanism complex pentru realizarea mişcării de

translaţie intermitentă, care este compus din următoarele elemente:

1-manivelă; 2-bielă; 3-suport oscilant; 4-clichet; 5-roată de clichet; 6-mecanism şurub

piuliţă; 7-sanie.

Prin antrenarea manivelei cu turaţia n, bara articulată 3 (suportul clichetului) capătă

o mişcare oscilantă s , având frecvenţa egală cu turaţia n. Prin acţiunea clichetului asupra

roţii de clichet, mişcarea oscilantă este transformată într-o mişcare de rotaţie intermitentă

unisens cu pasul s, calculat cu relaţia:

zz

ps

c

, (4.71)

în care: p este pasul şurubului, zc – numărul de dinţi ai roţii de clichet, iar z – numărul de

dinţi peste care se deplasează clichetul la cursa de întoarcere.

Se cunosc diferite variante de mecanisme cu clichet, care permit reglarea pasului, a

poziţiei cursei şi a sensului de deplasare.

Mecanismele cu clichet sunt utilizate la realizarea mişcărilor de avans intermitent la

rabotare, mortezare, la maşinile de rectificat, etc., precum şi a mişcărilor de divizare.

Fig.4.28

71

4.5. Lanţuri cinematice hidraulice

Acţionările hidrostatice s-au impus în acţionarea organelor de lucru ale maşinilor-

unelte mai ales la realizarea mişcărilor de avans şi auxiliare, dar şi a mişcărilor principale

în special pentru obţinerea mişcării de translaţie.

4.5.1. Noţiuni de bază privind acţionările hidrostatice.

Prin acţionare hidraulică se înţelege acel tip de acţionare la care transmiterea

energiei de la sursă la consumator se realizează prin intermediul unui mediu hidraulic

(lichid de lucru).

Acţionările hidraulice sunt de trei tipuri:

- acţionări hidrodinamice, în care energia se transmite prin intermediul energiei

cinetice a lichidului, care circulă cu viteze foarte mari;

- acţionări hidrostatice, în care energia se transmite printr-un curent de lichid aflat la

presiune ridicată;

- acţionări sonice, în care energia se transmite sub formă de unde.

Dintre acestea, la acţionarea maşinilor-unelte se utilizează numai acţionările

hidrostatice, datorită următoarelor avantaje:

- asigură o caracteristică rigidă de acţionare, adică viteza de deplasare nu variază

la variaţia sarcinii;

- au putere specifică mare, deci gabarit redus;

- permit reglarea continuă a vitezei de deplasare şi asigură viteză constantă pe

toată lungimea cursei;

- permit inversarea comodă a sensului de deplasare cu posibilitatea frânării la

capete de cursă;

- asigură protecţia la suprasarcini, prin limitarea presiunii maxime de lucru;

- permit realizarea unor cicluri de lucru flexibile;

- permit comanda de la distanţă şi automatizarea comenzilor.

Ca principal dezavantaj trebuie amintită instabilitatea reglajelor datorită variaţiei

vâscozităţii lichidului cu temperatura.

Structura generală a unei instalaţii hidrostatice de acţionare este prezentată în

figura 4.29, în care s-au notat: ME–motor electric;GH–generator hidraulic (pompă);RH–re-

ceptor hidraulic (motor);OLMU–organul de lucru al maşinii-unelte; aparataje diverse. Moto-

rul electric antrenează pompa cu puterea mecanică PP nM , pe care aceasta o converteşte

în putere hidraulică PP pQ (debit şi presiune). Deoarece QP şi pP de regulă nu satisfac ce-

rinţele de alimentare ale motorului hidraulic, în circuitul hidraulic se amplasează diverse a-

parate care transformă parametrii QP , pP în QM , pM, comandă ciclul de lucru, etc. Puterea

hidraulică cu parametrii QM , pM este convertită din nou în putere mecanică MM , nM, la pa-

rametrii necesari acţionării maşinii (OLMU). Într-o instalaţie hidrostatică are loc deci o

72

dublă conversie de energie, care se justifică atunci când avantajele sunt preponderente.

Pompele hidrostatice sunt maşini hidraulice volumice, care generează debitul QP la

presiunea pP prin variaţia volumului unor camere transportoare de lichid. După principiul

constructiv, ele pot fi: cu roţi dinţate, cu pistoane axiale sau radiale, cu palete, etc., iar

după caracterul debitului QP există: pompe de debit constant, reglabil şi reversibil.

În figura 4.30 este prezentat principiul pompelor cu roţi dinţate cu angrenare exteri-

oară, care se compun din următoarele elemente: 1–cor-

pul pompei;2–rotor conducător;3–capace laterale;4–ro-

tor condus. Corpul pompei este prevăzut cu un alezaj de

formă complexă care cuprinde roţile dinţate pe contur,

mai puţin în zonele de intrare şi ieşire a dinţilor din an-

grenare, unde sunt prevăzute camerele de absorbţie A

şi de refulare R. Roţile 2 şi 4 sunt cuprinse frontal între

capacele laterale 3. Prin rotirea roţilor, la ieşirea dinţilor

din angrenare lichidul este absorbit în golurile dintre dinţi

(camerele de pompare), fiind transportat apoi pe periferi-

a rotoarelor până în partea opusă, unde, prin intrarea dinţilor în angrenare este refulat.

Aceste pompe realizează debite

constante la presiuni mici şi sunt cele

mai răspândite, fiind ieftine.

În figura 4.31 este prezentat

principiul pompelor cu pistoane axiale cu

bloc înclinat, care se compun din:1-disc

de antrenare;2-biele;3-pistoane axiale;4-

blocul pistoanelor; 5-disc de distribuţie.

Blocul pistoanelor se roteşte odată cu

discul de antrenare şi, fiind înclinat cu

FiFig.4.29

Fig.4.29

Fig.4.30

Fig.4.30

Fig.4.31

73

unghiul faţă de acesta, determină deplasarea axială a pistoanelor şi prin aceasta variaţia

volumului camerelor de pompare, realizând absorbţia şi refularea lichidului. Debitul poate fi

calculat cu o relaţie de forma:

sin4

2

nzDd

QP , (4.72)

în care z reprezintă numărul pistoanelor, iar n – turaţia de antrenare.

Aceste pompe realizează debite mijlocii (10 l/min.) la presiuni mari (100 bari).

Dacă este constant, debitul este constant; dacă este reglabil, debitul este variabil;

dacă poate schimba şi semnul, debitul este reversibil. Aceste maşini hidraulice sunt

folosite frecvent şi ca motoare rotative, realizând performanţe foarte bune.

În figura 4.32 este prezentat principiul pompelor cu palete cu circulaţie exterioară,

care sunt compuse din:1-stator,2-rotor;3-palete radiale

mobile;4-capace laterale. Rotorul este aşezat

excentric faţă de stator, astfel încât pentru rotaţia pe

180 volumul camerelor de pompare creşte,

realizându-se faza de absorbţie, iar pe celelalte 180

volumul camerelor de pompare scade, realizându-se

faza de refulare.

Aceste pompe realizează debite mari (10…100

l/min.), la presiuni mici-mijlocii (10…100 bari). Pot fi

de debit constant (excentricitatea e = ct.), variabil (e –

reglabilă, sau reversibil (e – schimbă semnul).

Se utilizează atât ca pompe cât şi ca motoare.

Simbolurile convenţionale de reprezentare în schemele hidraulice sunt (fig. 4.33):

Motoarele hidraulice sunt maşini hidraulice care convertesc energia hidraulică în

energie mecanică.

După natura mişcării realizate, motoarele hidraulice se clasifică astfel:

- pentru mişcarea de rotaţie:

Fig.4.32

Fig.4.32 Fig.4.33

74

- continuă – motoare rotative;

- oscilantă – motoare oscilante;

- pas cu pas – motoare pas cu pas;

- pentru mişcarea de translaţie:

- alternativă - motoare liniare (cilindrii);

- pas cu pas – motoare pas cu pas.

Cele mai răspândite sunt motoarele liniare şi motoarele rotative.

Motoarele rotative – derivă din pompele volumice cunoscute, care alimentate la o

presiune p şi un debit Q dezvoltă un moment pkM şi o turaţie v

Qn ; volumul specific

V (sau cilindreea) poate fi constant sau reglabil. Simbolizarea lor este prezentată în figura

4.33.

Motoarele liniare, sau cilindrii-hidraulici, sunt şi ele de mai multe tipuri, cele mai

răpândite fiind prezentate în figura 4.34. Alimentate la o presiune p şi un debit Q, ele

dezvoltă o forţă pSF a şi o viteză aS

Qv (Sa fiind suprafaţa activă).

În figura 4.34 sunt prezentate următoarele tipuri de motoare liniare:

a) – motor cu piston cu tijă unilaterală, cu simplă acţiune (acţionare unisens);

b) – motor cu piston cu tijă unilaterală, cu dublă acţiune; realizează viteze şi forţe

diferite pentru cele două sensuri de deplasare;

c) – motor cu plunjer; realizează deplasare unisens;

d) – motor cu tije bilaterale, cu dublă acţiune; dacă secţiunile tijelor sunt egale, rea-

Fig.4.34

75

lizează aceeaşi viteză şi forţă de deplasare în ambele sensuri;

e) – motor telescopic; realizează o lungime a cursei Lc multiplicată de z ori faţă de

lungimea l a motorului (z fiind numărul de cilindrii).

Aparatajul pentru reglarea presiunii, sau supapele, după rolul funcţional pot fi: de

siguranţă (de limitare a presiunii); de reducere şi stabilizare a presiunii; de comutaţie şi de

sens.

În figura 4.35,a este prezentată simplificat o supapă pentru limitarea presiunii cu

comandă directă. Ea se compune din:1-corp; 2-ventil; 3-arc; 4-capac; 5-şurub de reglare.

Aceste supape sunt normal închise, deoarece sub acţiunea arcului ventilul închide

trecerea lichidului prin supapă. Dacă presiunea depăşeşte valoarea limită, forţa

hidrostatică ce acţionează asupra ventilului:

ah Fpd

F

4

2, (4.73)

devine mai mare decât forţa arcului Fa, ventilul se ridică şi lichidul este deversat la

rezervor. Prin reglarea forţei arcului de la şurubul 5, se reglează valoarea presiunii de

deschidere.

Supapele de siguranţă se montează întotdeauna pe conducta de refulare din

pompă, în paralel către rezervor.

Simbolul convenţional de reprezentare este redat în figura 4.35,b. Se constată că

presiunea de comandă px = p, iar conducta de drenare a pierderilor Tx se leagă la cea de

ieşire spre rezervor.

În figura 4.35,c este redat simbolul unei supape de reducere a presiunii. Ea este o

supapă normal deschisă, care se leagă între circuitul primar, având presiunea p1 > p2, şi

cel secundar, în care se stabilizează presiunea (p2 = ct.). Comanda de închidere a supapei

când p2 creşte se realizează din circuitul secundar (px = p2), iar drenarea Tx este externă.

Fig.4.35

Fig.4.35

76

Supapele de comutaţie sunt asemănătoare cu cele de presiune, având însă

presiunea de comandă px aplicată din exterior. O supapă normal închisă, la o comandă

exterioară, se deschide şi conectează circuitul de intrare la cel de ieşire; o supapă normal

deschisă, se închide la comanda exterioară şi deconectează circuitele.

Supapele de sens au rolul de a permite trecerea lichidului numai într-un singur

sens. În figura 4.35,d sunt prezentate simbolic o supapă de sens unic şi una deblocabilă,

care la o comandă exterioară permite trecerea lichidului şi în sens invers.

Reglarea debitului Q în circuitele hidraulice se poate face prin două metode

principial diferite: prin pompă (reglare volumică) şi cu ajutorul rezistenţelor hidraulice

(reglare rezistivă).

Reglarea volumică a debitului se poate realiza numai la circuitele alimentate de

pompe de debit variabil, care, fiind mai scumpe, se utilizează doar la circuitele de putere

mare.

Reglarea rezistivă se utilizează la circuitele de putere mică, atunci când pompa

care alimentează circuitul este de debit constant. Metoda presupune introducerea în circuit

a unor aparate din grupa rezistenţelor hidraulice, destinate special reglării debitului.

Aparatajul pentru reglarea debitului se poate grupa în: rezistenţe fixe; rezistenţe

reglabile (sau drosele); regulatoare de debit şi divizoare de debit.

Cele mai utilizate sunt droselele şi regulatoarele de debit.

Droselele sunt rezistenţe reglabile prin modificarea secţiunii de trecere a lichidului.

După forma secţiunii de drosare, se cunosc mai multe tipuri, dintre care cele mai

răspândite sunt: cu vârf conic (fig.4.36,a) şi cu pistonaş (fig.4.36,b).

Mărimea debitului reglat se calculează cu o relaţie dedusă din ecuaţia lui Bernoulli,

şi anume:

drdr pSαKQ , (4.74)

în care K este un coeficient funcţie de mediul hidraulic utilizat, - coeficient funcţie de

forma secţiunii de drosare, Sdr – aria secţiunii de drosare, pdr – căderea de presiune pe

drosel.

Fig.4.36

Deoarece debitul reglat depinde şi de pdr, care poate să varieze cu variaţia sarcinii

77

la motor, rezultă că un drosel permite reglarea debitului prin modificarea secţiunii Sdr, dar

nu stabilizează debitul reglat.

Regulatoarele de debit, sau stabilizatoarele de viteză, sunt aparate hidraulice

alcătuite dintr-un drosel Dr şi o supapă regulatoare SR care are rolul stabilizării căderii de

presiune pe drosel, şi prin aceasta a debitului reglat prin drosel.

În figura 4.37 este prezentat simbolul convenţional, desfăşurat şi simplificat, al celui

mai răspândit regulator de debit, cel cu două căi, la care supapa regulatoare SR este de

tip normal deschisă şi legată în serie cu droselul. Comandată de căderea de presiune pe

drosel, supapa introduce în circuit o rezistenţă

suplimentară care variază invers faţă de

sarcină, stabilizând debitul reglat.

Aparatajul de distribuţie (distribuitoarele)

are rolul de a comanda circulaţia lichidului prin

închiderea-deschiderea trecerii acestuia pe

diferitele circuite ale instalaţiei. Cele mai răs-

pândite sunt distribuitoarele cu sertar circular cu

comutare prin translaţie, al căror principiu cons-

tructiv şi funcţional este prezentat în figura 4.38,

în care s-au notat: 1-corp; 2-sertar; 3-rondele; 4-arcuri; 5-capace. În corpul distribuitorului

este practicat un alezaj în care se introduce cu joc foarte mic sertarul 2. Tot în corp sunt

practicate găurile de legătură la circuitele exterioare controlate: P – pompă; A şi B – ieşiri

spre circuit; T – retur la rezervor. Pentru fiecare gaură, în corp este practicat câte un canal

circular C, care determină poziţia muchiilor active interioare. Sertarul 2, având mai multe

pistoane şi mai multe muchii active, este menţinut în poziţia centrală datorită rondelelor 3

şi arcurilor 4. Datorită poziţiilor relative ale muchiilor active a, b, c şi d din corp şi de la

sertar, circulaţia lichidului prin distribuitor este blocată total. Dacă se trimite lichid sub

presiune pe orificiul de comandă c1, sertarul se deplasează la dreapta şi se deschid căile

Fig.4.38

Fig.4.37

Fig.4.37

78

de trecere a lichidului la muchiile a şi d, astfel că lichidul poate circula de la P la A şi de la

B la T. Comandând pe orificiul c2, sertarul se deplasează spre stânga şi se deschid căile la

muchiile b şi c, lichidul circulând de la P la B şi de la A la T. Dacă ieşirile A şi B sunt legate

la un motor, se inversează sensul de deplasare a acestuia.

Simbolul convenţional al distribuitorului este prezentat alăturat în figura 4.38, pentru

fiecare poziţie fiind indicate, cu linii subţiri, legăturile interioare care se realizează.

Denumirea lui completă este următoarea: distribuitor 4/3 (cu patru căi şi trei poziţii),

îndeplinind funcţiunile de pornire-oprire şi inversarea sensului (inversor indirect), comandat

cu arcuri şi hidraulic prin comandă directă.

În figura 4.38 jos sunt prezentate şi alte tipuri de distribuitoare uzuale: distribuitor

2/2 (robinet) cu comandă mecanică cu arc şi cu camă; distribuitor 4/2 cu comandă

musculară şi reţinere pe poziţie; distribuitor 4/3 cu comandă pilotată electrohidraulică (cu

electromagneţi şi hidraulic indirect).

Grupa echipamentului auxiliar conţine o serie de alte elemente necesare realizării

unei instalaţii hidraulice, şi anume: rezervoarele de lichid, filtrele, elemente de legătură

(conducte, racorduri), schimbătoare de căldură, etc.

Ca aparate de măsură şi control se utilizează: manometre şi traductoare de

presiune, debitmetre, contoare şi termometre.

Instalaţiile hidraulice se reprezintă grafic prin schemele hidraulice, în care

elementele componente sunt reprezentate cu simboluri convenţionale specifice.

4.5.2. Lanţuri cinematice hidraulice principale.

În lanţurile cinematice principale, acţionările hidraulice sunt mai puţin răspândite

decât cele electromecanice, datorită faptului că permit reglarea turaţiei (sau vitezei) în

limite mai restrânse, sunt mai scumpe şi mai pretenţioase în exploatare şi întreţinere.

Totuşi, ele sunt utilizate, singure sau în combinaţie cu mecanisme mecanice

(formând lanţuri cinematice hidromecanice), la unele strunguri, la acţionarea meselor

maşinilor de rabotat longitudinale, a maşinilor de broşat, etc.

Deoarece lanţurile cinematice principale necesită puteri mari (curent1…100[kW]),

reglarea turaţiei sau a vitezei pe cale hidraulică se realizează deseori prin reglarea

volumică a debitului, utilizând maşini hidraulice reglabile în cadrul unor instalaţii denumite

variatoare hidrostatice de turaţie (sau viteză).

După posibilităţile de reglare, variatoarele hidrostatice sunt de trei tipuri:

- variatoare cu reglare primară, la care turaţia motorului de cilindree constantă, se

reglează prin reglarea volumică a debitului prin pompă, pe baza relaţiei:

tconsM

reglabilp

V

Qn

tan

; (4.75)

- variatoare cu reglare secundară, care sunt dotate cu pompă de debit constant, iar regla-

rea turaţiei se realizează prin reglarea volumului specific (cilindreea)al motorului, pe baza

79

relaţiei:

reglabilM

tconsp

V

Qn

tan ; (4.76)

- variatoare cu reglare mixtă, la care atât pompa cât şi motorul sunt maşini reglabile,

reglarea turaţiei realizându-se pe baza relaţiei:

reglabilM

reglabilp

V

Qn ; (4.77)

Variatoarele cu reglare simplă (primară sau secundară) asigură un raport de

variaţie al turaţiei mai redus (Rn = 8…10), iar cele cu reglare mixtă un raport mai mare (Rn

= 20…25).

După modul de circulaţie a lichidului prin instalaţie, variatoarele hidrostatice pot fi cu

circuit închis (fără rezervor, lichidul fiind recirculat continuu, având totuşi un rezervor de

volum mic pentru compensarea pierderilor volumice din instalaţie), sau cu circuit deschis,

prevăzute cu un rezervor dimensionat corespunzător în care lichidul, după întoarcerea din

instalaţie, este stocat un anumit timp în vederea răcirii, după care este reintrodus continuu

în instalaţie.

În figura 4.39 este prezentată schema hidraulică a unui variator hidrostatic cu circuit

închis, compus din următoarele elemente: PR – pompă reglabilă reversibilă; Ff1 , Ff2 – filtre

fine de presiune; Ss1…Ss8 – supape de sens unic; SL

– supapă de siguranţă; MHL – motor hidraulic rotativ,

reglabil, dublu sens de rotaţie (reversibil); T – rezervor

de compensare a pierderilor volumice; MHL – motor

hidraulic liniar; M - masa maşinii; O1 , O2 – opritoare

(limitatoare de cursă).

Supapele de sens reprezentate în schemă

îndeplinesc funcţiuni diferite, după cum urmează:

- Ss1 şi Ss2 – asigură separarea circuitului de

refulare de rezervorul de compensare T, fiecare

pentru câte un sens de deplasare;

- Ss3 şi Ss4 – asigură circulaţia unisens a lichidului

prin filtre, în condiţiile în care lichidul circulă prin

instalaţie în ambele sensuri, evitând astfel

reintroducerea în instalaţie a impurităţilor reţinute de

filtre (care lucrează deci separat, succesiv, pentru

fiecare sens de deplasare);

- Ss5…Ss8 – realizează o punte de supape având

scopul asigurării circulaţiei unisens a lichidului prin

supapa de limitare a presiunii SL, indiferent de sensul

de circulaţie al lichidului în instalaţie. Fig.4.39

80

În schemă sunt prezentate, de fapt, două variante de variator:

- varianta de bază, care permite reglarea mixtă a turaţiei n,

- iar cealaltă variantă, care permite acţionarea mesei M într-o mişcare de translaţie

alternativă, reglarea vitezei v realizându-se prin pompă (reglare primară), iar inversarea

sensului de deplasare având loc tot prin pompă (care este reversibilă), comandată de

limitatorii de cursă O1 şi O2, a căror poziţie determină de asemenea poziţia şi lungimea

cursei.

4.5.3. Lanţuri cinematice hidraulice de avans.

În lanţurile cinematice de avans acţionările hidraulice sunt utilizate frecvent, datorită

avantajelor acestora, care sunt valorificate mai bine la astfel de mişcări.

Mişcările de avans sunt adesea mişcări de translaţie alternativă, sau pas cu pas,

pentru care acţionările hidraulice sau hidromecanice asigură performanţe foarte bune. În

cazul mişcărilor de avans de rotaţie continuă acţionările hidraulice sunt mai puţin utilizate,

cu excepţia sistemelor automate de reglare.

Datorită puterilor mici necesare în lanţurile de avans (sub 1[kW]), instalaţia

hidraulică este prevăzută, de regulă, cu pompe de debit constant, reglarea vitezei sau a

turaţiei realizându-se prin reglarea rezistivă a debitului.

Datorită instabilităţii vitezei de deplasare, datorată în principal modificării debitului

reglat ca urmare a variaţiei vâscozităţii lichidului cu temperatura, sistemele hidraulice de

acţionare (deschise, de comandă) nu pot fi utilizate pentru generarea traiectoriilor

complexe, care necesită coordonarea cinematică precisă a mai multor mişcări. Ele se

utilizează mai ales la realizarea mişcărilor de avans simple, la care precizia de realizare a

traiectoriei este determinată de precizia cuplelor sanie-ghidaj şi fus-lagăr, iar stabilitatea

vitezei de deplasare nu prezintă o importanţă deosebită.

La mişcările care necesită o stabilitate ridicată a vitezei de deplasare, mai ales la

viteze mici şi foarte mici, se poate recurge la reglarea volumică a debitului, prin utilizarea

pompelor de dozare, sau a sistemelor de reglare automată (cu buclă de reacţie).

Schemele hidraulice pentru realizarea mişcărilor de avans sunt de o diversitate

foarte mare, prezentarea acestora depăşind spaţiul acestei lucrări.

În figura 4.40 este prezentată o schemă frecvent utilizată pentru deplasarea unei

unităţi de lucru, având ciclul de mişcări format din: AR – apropiere rapidă; AT – avans

tehnologic; RR - retragere rapidă. În schemă s-au notat: Fs1,Fs2 –filtre sorb; Pc1,Pc2 –

pompe de debit constant; Sm1, Sm2 – supape maximale; Ff – filtru fin; Ss1, Ss2 – supape de

sens; DHS1, DHS2 – distribuitoare cu sertar; RD – regulator de debit; MHL – motor

hidraulic liniar, E1…E4 – electromagneţi de comandă; Sc – supapă de reţinere. În figură

este prezentată şi ciclograma de comandă a distribuitoarelor pe fazele ciclului de lucru.

Pentru un randament ridicat, în schemă se utilizează două pompe de debit cons-

tant: Pc1 – de debit mare şi presiune mică, reglată la Sm1, pentru deplasări rapide şi Pc2–

81

pompă de debit mic şi presiune mare, reglată la Sm2, pentru faza tehnologică. În fazele de

deplasare rapidă, presiunea necesară acţionării fiind mai mică decât cea reglată la Sm1,

aceasta nu se deschide, dar prin deschiderea supapei de sens Ss1 debitul pompei Pc1 va fi

trimis spre circuit, cumulat cu debitul pompei Pc2, asigurând viteză mare de deplasare.

În faza tehnologică, prin comanda E3 debitul refulat din motor este obligat să treacă

prin regulatorul de debit RD, presiunea de acţionare creşte, iar supapa Ss1 se închide şi

separă pompa Pc1 de circuit, aceasta deversând la rezervor prin supapa Sm1.

O largă utilizarea o au acţionările hidraulice la realizarea mişcărilor auxiliare ale ma-

şinile-unelte, care, în general, nu ridică pretenţii deosebite privind precizia sau stabilitatea.

Sistemele hidraulice de

acţionare (de tip deschis)

sunt frecvent utilizate la ac-

ţionarea dispozitivelor de

lucru, la realizarea mişcări-

lor de poziţionare, de depla-

sare rapidă, la blocarea di-

verselor subansambluri ale

maşinii în scopul eliminării

jocurilor şi creşterii rigidităţii

sistemului tehnologic de

prelucrare, etc.

Schemele hidraulice pen-

tru realizarea mişcărilor au-

xiliare sunt,în general,sche-

me simple, fiind utilizate

pompe de debit constant cu

performanţe reduse, regla-

rea debitului (atunci când

este cazul), realizându-se

cu ajutorul droselelor. De-

oarece mişcările auxiliare

se execută în afara proce-

sului de prelucrare (ele nu

se suprapun cu mişcările

de lucru), pentru reducerea

costurilor, circuitele auxili-

are sunt alimentate frecvent

de la grupurile de pompare

ale mişcărilor de lucru.

Fig.4.40

82

4.5.4. Sisteme automate hidraulice.

Sistemele automate hidraulice şi-au găsit aplicaţii în domeniul maşinilor-unelte la

construcţia dispozitivelor de copiat, iar mai recent la sistemele de reglare automată a

mişcărilor de avans, mai ales la cele adaptive.

Dispozitivele hidraulice de copiat fac parte din grupa sistemelor automate de

urmărire, la care mărimea de ieşire urmăreşte, cu o anumită precizie, mărimea de intrare,

realizând şi o amplificare de forţă de 103…104 ori. Ele servesc la transpunerea unui

profil materializat pe un şablon, sau pe un model, pe piesa de prelucrat. De regulă se

copiază curba generatoare (la strunjiri, rabotări), uneori fiind reproduse ambele curbe (G şi

D), cum este cazul dispozitivelor de copiat suprafeţe spaţiale complexe prin frezare.

Elementul esenţial al unui dis-

pozitiv hidraulic de copiere este

traductorul de urmărire, realizat

sub forma unui distribuitor cu ser-

tar având: una, două sau patru

muchii active.

După numărul axelor de urmări-

re, dispozitivele de copiat pot fi: pe

o axă, pe două sau pe trei axe

(coordonate).

În figura 4.41 este prezentat un

dispozitiv de copiat hidraulic după

o coordonată, cu o singură muchie

activă, destinat copierii pe strung.

Dispozitivul propriu-zis este alcă-

tuit din: distribuitorul de urmărire

DU şi motorul hidraulic de copiere MHC.

Distribuitorul de urmărire DU este format din corpul distribuitorului, C, fixat de

cilindrul motorului, sertarul SU, cu o muchie activă, arcul A şi palpatorul Pa aflat în contact

cu şablonul Ş.

Motorul de copiere MHC este cu piston cu tijă unilaterală fixă, cu alimentare prin

tijă. În piston este practicată o gaură de diametru mic care constituie o rezistenţă hi-

draulică fixă, R. Suportul port-cuţit SP este fixat pe cilindrul motorului, iar întregul dispozitiv

se montează pe sania transversală a căruciorului strungului, înclinat cu unghiul .

Alimentarea dispozitivului se realizează de la un panou hidraulic amplasat lângă

strung, alcătuit din rezervorul T, pompa de debit constant PC, supapa maximală Sm, filtrul

sorb Fs şi cel fin Ff. Debitul pompei QP este mai mare decât cel acceptat de motor, QM, în

zfig.4.41

Fig.4.41

83

timpul funcţionării dispozitivului, astfel că supapa maximală Sm se deschide şi stabilizează

presiunea de pompare (pp = ct.).

De la panoul hidraulic lichidul este introdus prin tija pistonului în camera C2 de unde

trece prin rezistenţa R în camera C1, iar de aici, prin fanta de reglare y, se întoarce la re-

zervor. Debitul tranzitat prin motor, QM, este dependent de deschiderea fantei y. Presiunea

din camera C2 este întotdeauna constantă (pp), dar cea din camera C1 este variabilă şi mai

mică decât pp, datorită căderii de presiune pe rezistenţa R, dependentă de mărimea

debitului QM. Dacă dispozitivul este retras în poziţia superioară, palpatorul Pa nu mai calcă

pe şablon şi sertarul SU coboară, închizând fanta (y=0).Pentru y=0,se obţine QM= 0 şi în

consecinţă p1=pp. Datorită ariilor active diferite din motor, cilindrul începe să coboare până

ce palpatorul atinge şablonul şi determină deschiderea fantei la o valoare de echilibru,

y=ye, pentru care deplasarea cilindrului se opreşte, iar debitul QM se stabilizează la o

anumită valoare.

Pornind mişcarea de avans a căruciorului, wl, profilul şablonului determină ridicarea

palpatorului şi creşterea fantei y, astfel că p1 scade, iar cilindrul se deplasează în sus până

ce fanta y revine la valoarea iniţială de echilibru, ye, şi aşa mai departe, până la terminarea

prelucrării.

Dispozitivele de copiere cu o singură muchie activă sunt simple şi ieftine, dar

realizează o precizie de urmărire mai redusă decât cele cu două sau patru muchii active.

Sistemele de reglare automată a mişcării de avans, se utilizează la unele maşini-

unelte automate la care viteza de avans trebuie modificată continuu, în funcţie de evoluţia

procesului de prelucrare. Un exemplu tipic în acest sens, îl constituie maşinile-unelte cu

comandă adaptivă.

Aceste sisteme sunt complexe, conţinând echipamente electronice de urmărire şi

comandă a procesului de prelucrare, dar şi elemente de comandă, printre altele, şi siste-

mele electrohidraulice analogice de tipul distribuitoarelor proporţionale şi al servovalvelor

electrohidraulice, precum şi sistemele discrete tip amplificator electrohidraulic pas cu pas .

Servovalvele sunt aparate electrohidraulice care convertesc un semnal de intrare

electric (curent sau tensiune) într-un semnal de ieşire hidraulic (presiune sau debit),

realizând între acestea o dependenţă proporţională. Ele se compun dintr-un distribuitor de

precizie cu acoperire zero (muchiile active au aceeaşi poziţie axială) comandat hidraulic

printr-un pilot electrohidraulic, având de regulă două etaje de amplificare. Primul etaj,

electric, converteşte semnalul electric într-o deplasare proporţională, utilizând în acest

scop electromagneţi proporţionali, iar etajul al doilea, hidraulic, converteşte deplasarea

într-o variaţie de presiune utilizată în scopul comandării distribuitorului principal. Factorul

de amplificare în putere este foarte mare, de 104…106 ori

Deoarece servovalvele îndeplinesc simultan funcţiunile de distribuţie (comandă) şi

de reglare a debitului către motor, circuitele hidraulice se simplifică, aşa cum rezultă şi din

exemplul următor, figura 4.42,în care s-au notat:T–rezervor;Fs–filtru sorb;Pc–pompă de

debit constant; Fs–filtru fin; Sm–supapă maximală; SVEH–servovalvă electrohidraulică (cu

84

Ep1,Ep2– electromagneţi proporţionali);MHL–motor hidraulic liniar; SRA,SCA–sistem de

reglare sau de comandă automată.

Cu o instalaţie de acest tip, utilizând un sistem

electronic de reglare sau de comandă a

electromagneţilor proporţionale Ep1 şi Ep2, viteza de

deplasare v poate fi reglată continuu, în ambele

sensuri, sau comandată după un program oarecare

implementat în sistemul de comandă.

Sevovalvele electrohidraulice şi amplificatoarele

electrohidraulice pas cu pas, împreună cu

echipamentele electronice de comandă, asigură

flexibilitate maximă maşinii-unelte, dar sunt scumpe şi

pretenţioase în exploatare.

Fig.4.42

Fig. 4.42

85

5. Maşini-unelte: prezentare, scule, accesorii, prelucrări specifice.

5.1. Definirea şi clasificarea maşinilor-unelte.

Maşinile-unelte fac parte din grupa mai largă a maşinilor de lucru, care cuprinde

toate maşinile destinate efectuării unor activităţi diverse de prelucrare (prin diferite

metode), de montaj, ambalare, etc.

Maşinile-unelte sunt maşini de lucru destinate prelucrării pieselor prin metoda

aşchierii. Ele deţin ponderea în sectorul construcţiilor de maşini, datorită faptului că

metoda de prelucrare prin aşchiere asigură realizarea unei precizii dimensionale şi de

formă foarte bune şi rugozităţi dintre cele mai ridicate, pentru majoritatea materialelor

actuale, realizând productivităţi mai mari şi costuri mai reduse decât multe alte metode de

prelucrare.

Datorită existenţei mai multor procedee de prelucrare, diversităţii foarte mari a

formelor şi dimensiunilor pieselor prelucrate, şi evoluţiei conceptelor de fabricaţie ale

produselor, maşinile-unelte s-au diversificat continuu, în prezent fiind cunoscute mii de

tipo-dimensiuni.

Clasificarea maşinilor-unelte se poate face după mai multe criterii, cele mai

importante fiind prezentate în continuare:

- După procedeul de prelucrare, există: maşini de strunjit (strunguri); maşini de

găurit; maşini de frezat; maşini de rabotat şi mortezat; maşini de broşat; maşini de

rectificat, etc.

- După gradul de universalitate (sau specializare în producţie),maşinile-unelte pot fi:

- universale – destinate prelucrării unor piese diverse ca forme şi

dimensiuni, în condiţiile unei producţii de unicate sau serie mică; permit realizarea unei

game largi de operaţii de prelucrare, printr-un procedeu de bază sau prin diferite procedee

de prelucrare; dispun de o cinematică complexă, cu posibilităţi largi de reglare a

parametrilor de lucru; în general sunt deservite manual şi au o productivitate redusă;

- specializate – destinate prelucrării unui anumit tip de piesă, sau de

suprafaţă, într-o gamă largă de dimensiuni (de exemplu: maşini de filetat, de danturat, de

detalonat, etc.), într-o producţie de serie, dar şi de unicate; au o cinematică specifică

cerinţelor de generare a suprafeţei respective, reglarea parametrilor de lucru, realizându-

se prin mecanisme cu roţi de schimb; au o productivitate ridicată;

- speciale – destinate prelucrării anumitor suprafeţe, la un anumit tip de

piesă (de exemplu: maşinile-unelte agregat), pentru producţia de serie mare; au

cinematică şi construcţie specifică, fiind realizate din module normalizate, şi sunt înalt

automatizate, realizând productivităţi foarte mari.

86

- După modul de comandă şi deservire (determinat de gradul de automatizare) se

cunosc:

- maşini cu comenzi manuale (neautomatizate), la care toate comenzile

sunt date de operatorul uman; sunt, de regulă, maşini universale şi au o productivitate

redusă;

- maşini semiautomate – la care ciclul de lucru se desfăşoară automat, pe

baza unor comenzi interne emise de maşină, dar alimentarea cu semifabricat, evacuarea

piesei, reluarea ciclului de lucru, sunt realizate de operatorul uman; sunt, de regulă, maşini

specializate; au productivităţi ridicate;

- maşini automate – la care toate comenzile şi deservirea se realizează

automat, operatorul uman intervenind periodic doar pentru alimentarea cu semifabricate,

controlul pieselor şi corectarea reglajelor, schimbarea sculelor, etc.; au o productivitate

ridicată, fiind destinate producţiei de serie. După principiul de automatizare ele pot fi:

- automate secvenţiale, la care se programează succesiunea fazelor

ciclului de lucru, cotele de prelucrare fiind prestabilite prin reglare sau realizate cu limitatori

de cursă; elementele de automatizare pot fi mecanice (came), electrice, hidraulice sau

pneumatice;

- automate numerice – care permit programarea numerică atât a

desfăşurării ciclului de lucru, cât şi a cotelor de prelucrare.

- După mărime, maşinile-unelte pot fi: mici, mijlocii, grele şi foarte grele, împărţirea

fiind determinată de dimensiunile maxime ale piesei de prelucrat, care determină

dimensiunile şi greutatea maşinii şi implicit complexitatea cinematică şi mecanismele

utilizate, gradul de mecanizare, etc.

- După precizie, maşinile-unelte se împart în două grupe: de precizie normală şi

de precizie ridicată, la acestea din urmă fiind utilizate soluţii cinematice şi constructive care

fac să crească precizia, dar măresc costul.

5.2. Maşini-unelte pentru strunjit.

5.2.1. Probleme generale, clasificare, scule.

Maşinile de strunjit, sau strungurile, sunt maşini-unelte destinate prelucrării suprafe-

ţelor de revoluţie prin procedeul strunjirii (fig.2.3), la care mişcarea principală de aşchiere

este o mişcare de rotaţie executată de piesă, iar mişcarea (sau mişcările) de avans este

de regulă o mişcare de translaţie executată de sculă, cuţitul de strunjit. Pe lângă procedeul

strunjirii, pe strunguri se pot realiza prelucrări şi prin alte procedee, cum ar fi: burghierea

(fig.2.7), frezarea (fig.2.6) sau rectificarea (fig.2.9), utilizând scule şi accesorii speciale.

Clasificarea strungurilor se poate face după criteriile generale de clasificare a

maşinilor-unelte, dar şi după unele criterii specifice, după cum urmează:

- după gradul de universalitate, există:

87

- strunguri universale (longitudinale, frontale, revolver, carusel);

- strunguri specializate (de detalonat, de strunjit arbori cotiţi, de prelucrat

suprafeţe poligonale etc.);

- strunguri speciale;

- după poziţia arborelui principal, se deosebesc:

- strunguri orizontale;

- strunguri verticale;

- după gradul de automatizare, se cunosc:

- strunguri cu comenzi manuale;

- strunguri semiautomate;

- strunguri automate;

- după numărul arborilor principali, există:

- strunguri monoax;

- strunguri multiaxe;

- după numărul sculelor utilizate simultan, pot fi:

- strunguri monocuţit;

- strunguri multicuţite;

- după mărime, se deosebesc patru tipuri: mici, mijloci, grele şi foarte grele;

-după precizie, strungurile pot fi de precizie normală; sau de precizie ridicată.

Sculele pentru strunjit – cuţitele de strung – sunt şi ele de o diversitate foarte mare,

aşa cum rezultă din figura 5.1, şi anume:a–cuţit pentru degroşare exterioară, pe dreapta;

b,g–cuţite încovoiate;c–cuţit pentru finisare;d–cuţit lat pentru finisare;e–cuţit profilat pentru

filetare exterioară; f – cuţit pentru retezare; h – cuţit profilat disc; i – cuţit pentru degroşare

interioară; j – cuţit pentru prelucrat canale interioare; k – cuţit pentru filetare interioară.

Fig.5.1

88

Cuţitele de strunjit sunt realizate, de regulă, din oţeluri rapide (Rp1…Rp8), capul

sculei obţinându-se prin profilarea corpului sculei (o bară prismatică sau rotundă), în

cadrul operaţiei de ascuţire, sau pot fi armate cu plăcuţe din carburi metalice (fig.5.1, l şi

m), corpul sculei 1 fiind confecţionat dintr-un oţel de construcţie de calitate, iar plăcuţa 2

fiind fixată pe corp prin lipire sau prin prindere mecanică, cu ajutorul bridei 4, având ca

suport o plăcuţă de sprijin 3 cu duritate şi tenacitate ridicată. Plăcuţele din carburi metalice

sunt de trei tipuri: P01…P50 – pentru prelucrarea materialelor tenace; K01…K40 – pentru

prelucrarea materialelor casante şi M10…M40 – pentru prelucrări diverse.

5.2.2. Strunguri longitudinale.

Strungurile longitudinale sunt concepute pentru prelucrarea pieselor de lungime

mult mai mare decât diametrul, dar şi a altor forme de piese, fiind strungurile cu cel mai

mare grad de universalitate.

5.2.2.1. Principiul constructiv şi cinematic.

Principiul constructiv al strungurilor longitudinale este prezentat în figura 5.2. El se

compune din următoarele subansambluri principale: I – păpuşa fixă; II – căruciorul; III –

păpuşa mobilă şi IV – batiul.

Fig.5.2

89

Principalele părţi componente sunt următoarele: 1–cutie de viteze; 2–arbore princi-

pal; 3–dispozitiv de prindere a piesei; 4–suport portcuţit; 5–sanie portcuţit; 6–suport rotativ;

7–sanie transversală; 8–sanie longitudinală; 9–cutie cu mecanisme a căruciorului; 10–pi-

nola păpuşii mobile; 11–corpul păpuşii mobile; 12–placa de bază a păpuşii mobile; 13–

piciorul mic al strungului;14–tavă colectoare de şpan;15–bară de avansuri;16–şurub

conducător;17–piciorul mare al strungului;18–cutie de avansuri şi filete;19–cutia roţilor de

schimb.

Organul de lucru principal este arborele principal 2, pe care se montează

dispozitivul de prindere al piesei 3 şi care execută mişcarea principală de aşchiere, de

rotaţie n.

Mişcările de avans pot fi executate de mai multe organe secundare şi anume:

- wl – avansul longitudinal, realizat de sania longitudinală a căruciorului, 8;

- wt – avansul transversal, realizat de sania transversală 7;

- wpc – avansul saniei port-cuţit, executat de sania port-cuţit 5;

- wp – avansul pinolei, efectuat de pinola 10.

Toate cele patru mişcări pot fi utilizate şi ca mişcări de poziţionare-reglare, atunci

când nu sunt mişcări de lucru.

Mişcările de poziţionare sunt următoarele:

- wp1 – mişcarea de rotaţie a suportului rotativ în jurul unei axe verticale (pentru reglarea

direcţiei mişcării de avans wpc);

- wp2 – mişcarea de rotaţie a suportului port-cuţit (pentru reglarea unghiului de atac

principal funcţional F , sau pentru schimbarea sculei);

- wp3 – mişcarea de deplasare transversală a păpuşii mobile (pentru dezaxarea sau

centrarea pinolei faţă de axa arborelui principal);

- wp4 – mişcarea de poziţionare longitudinală a păpuşii mobile, în funcţie de lungimea

piesei prelucrate.

Principiul cinematic este reprezentat în aceeaşi figură, prin schema cinematică bloc

compusă din: ME – motor electric de antrenare; CV – cutie de viteze; I – inversor; RS –

roţi de schimb; CA – cutie de avansuri; CMC – cutia cu mecanisme a căruciorului.

Lanţul cinematic principal are formula structurală:

ME – CV – arborele principal 2, n,

reglarea realizându-se prin cutia de viteze CV.

Lanţurile cinematice de avans au următoarea structură:

8, wl – avans de lucru;

15 – CMC

2, n – I – RS – CA 7, wt – avans de lucru;

16 – 8, wl – avans de filetare.

Avansurile de lucru se reglează prin cutia de avansuri CA, iar avansurile de filetare

prin cutia de avansuri CA şi cu ajutorul roţilor de schimb RS. Inversarea sensului mişcărilor

de avans de lucru şi de filetare se realizează prin inversorul I.

90

La strungurile de mărime mijlocie, mişcările de avans wpc a saniei port-cuţit, şi wp a

pinolei, se realizează manual. La unele strunguri grele, aceste mişcări pot fi mecanizate.

Toate mişcările de poziţionare se realizează manual.

5.2.2.2. Accesorii ale strungurilor longitudinale.

Accesoriile maşinilor-unelte sunt dispozitive ajutătoare care nu fac parte din

structura de bază a maşinii, ci se montează ocazional, după necesitate, şi îndeplinesc

scopuri diverse, precum:

- lărgirea posibilităţilor de prelucrare;

- creşterea preciziei de prelucrare;

- creşterea productivităţii maşinii-unelte;

- uşurarea muncii lucrătorului.

Ele sunt de două tipuri:

- accesorii normale, care se livrează odată cu maşina-unealtă, fiind de utilitate

largă privind exploatarea, reglarea, sau întreţinerea maşinii;

- accesorii speciale, care se livrează suplimentar, la cerere, fiind necesare numai

în unele aplicaţii speciale.

Accesoriile normale ale strungurilor longitudinale pot fi grupate astfel:

- dispozitive pentru prinderea semifabricatului;

- dispozitive pentru prinderea sculei;

- roţi de schimb;

- truse de chei.

Dispozitivele pentru prinderea semifabricatelor servesc la aşezarea acestora pe

maşina-unealtă într-o poziţie corectă privind cerinţele prelucrării executate şi care să-i

asigure stabilitatea în timpul lucrului, având în vedere forţele de aşchiere. Astfel, piesele

scurte ( dL 3 ) pot fi prinse numai în arborele principal, pe când la cele de lungime mare

trebuie să se asigure cel puţin încă un reazem suplimentar (în vârful pinolei păpuşii

mobile, într-o lunetă, sau în ambele).

Pentru prinderea pieselor în arborele principal se utilizează: dispozitivul universal,

platourile, bucşele elastice şi dornurile elastice).

Dspozitivul universal (fig.5.3) este prevăzut cu trei sau patru bacuri B autocentrante

(care se deplasează simul-

tan). Se montează pe capătul

arborelui principal al maşinii şi

serveşte la prinderea pieselor

pe suprafeţe de revoluţie, asi-

gurând centrarea automată a

acestora cu arborele principal.

Permit prinderea pieselor de Fig.5.3

91

orice diametru, între un diametru minim (de 1-2 [mm] ) şi un diametru maxim specific,

timpul necesar prinderii fiind relativ redus. Prezintă dezavantajul că bacurile iau contact cu

piesa pe o suprafaţă mică (au acţiune locală), lăsând amprente nedorite, iar la prelucrarea

pieselor cu pereţi subţiri acţiunea locală

a bacurilor determină deformaţii elastice

ale piesei, care conduc la apariţia unor

erori de formă. În figura 5.4. este

prezentată o astfel de piesă în trei

situaţii: a- înainte de prindere; b-în timpul

prelucrării suprafeţei interioare şi c- după

desprinderea din universal, suprafaţa interioară devenind poligonală, ca urmare a revenirii

elastice a piesei.

Platourile sau planşaibele sunt dispozitive de prindere prevăzute cu patru bacuri

acţionate individual, ceea ce permite fixarea pieselor de formă oarecare sau prinderea lor

într-o poziţie excentrică. Timpul de prindere este mare, deoarece fixarea piesei în poziţia

corectă, cu o precizie ridicată, necesită reglaje succesive realizate în cadrul unei metode

specifice de lucru.

Bucşele elastice sunt destinate prinderii semifabricatelor de tip bară laminată de

dimensiuni mici. După formă, ele sunt de mai multe tipuri, iar după modul de acţionare pot

fi: cu acţionare prin tragere sau prin împingere.

În figura 5.5. este prezentat un sistem de prindere cu bucşă elastică acţionată prin

tragere, compus din: 1-tijă de acţionare; 2-arborele principal al maşinii (sau o bucşă de

adaptare); 3-bucşă elastică; 4-semifabricat. Bucşa elastică are practicate trei crestături

parţiale dispuse la 120, astfel încât, datorită conului având unghiul , la tragerea axială cu

o forţă Fa, se obţine o strângere radială Fr, capabilă să asigure transmiterea unei forţe

tangenţiale Ft, între aceste forţe existând relaţiile:

μ

FKF

φαtgFF

tr

ra

;

; (5.1)

în care este unghiul de

frecare, - coeficientul

de frecare, iar K =

1,5…2,5 – coeficient de

siguranţă al strângerii.

Avantajele prinderii în bucşă elastică sunt:

- forţa de strângere este distribuită aproape uniform pe o suprafaţă mare;

- în funcţie de mecanismul de acţionare, se poate asigura o reproducere bună a

forţei de strângere de la o piesă la alta;

Fig.5.4

Fig.5.4.

Fig.5.5

92

- timpul de prindere este mic.

Ca dezavantaj, domeniul de extensibilitate radială al bucşei este redus (de regulă

1[mm]), astfel încât, pentru prinderea într-un interval mai larg de diametre, este necesar un

set de bucşe. O soluţie alternativă constă în utilizarea bucşelor în trepte, care permit

prinderea şi din exterior şi din interior, dar care realizează o prindere mai puţin sigură.

Sistemul de prindere cu bucşă elastică se foloseşte la strungurile universale de

dimensiuni mici, dar şi la alte maşini cum sunt: strungurile revolver şi automate, maşinile

de frezat, etc.

Dornurile elastice sunt

dispozitive de prindere a

pieselor cu pereţi subţiri din

interior, principiul de lucru

fiind asemănător bucşelor

elastice.

În figura 5.6. este

prezentat un sistem de

prindere cu dorn elastic,

alcătuit din: 1-arborele

principal al maşinii; 2-con

de adaptare; 3-dorn elastic; 4-tijă de acţionare.

Dornul 3 prezintă câte trei crestături din fiecare parte, intercalate, astfel încât la

tragerea axială asigură o prindere mai uniformă decât bucşa elastică.

Vârfurile conice servesc la prinderea pieselor

de lungime mare între vârfuri, utilizând găurile de

centrare. Ele se fixează în alezajele tip con Morse

din pinolă sau din arborele principal, direct

(fig.5.7, b, c), sau indirect (fig.5.7, a) prin interme-

diul unor bucşe conice denumite reducţii. Vârfurile

pot fi întregi (fig.5.7, a) sau cu degajare (fig.5.7,

b), acestea permiţând accesul sculelor, la strujirile

frontale, până la diametrul găurii de centrare.

Pentru prinderea pieselor prevăzute cu vârf

conic (nu cu gaură de centrare) se folosesc

vârfurile inverse (fig.5.7, c).

Datorită împănării pe conul Morse şi cons-

trucţiei monobloc, vârfurile de mai sus sunt fixe,

iar prin rotirea piesei apar frecări mari între supra-

feţele de contact. Pentru eliminarea frecărilor, la

turaţii mari se folosesc vârfurile rotative, la care

conul Morse este fix, iar vârful de prindere se

Fig.5,6

Fig.5.6.

Fig.5.7

93

poate roti faţă de acesta, fiind lăgăruit radial şi axial pe rulmenţi.

Lunetele sunt dispozitive ajutătoare, folosite în cazul prinderii pieselor foarte lungi în

universal şi prin rezemare în vârful păpuşii mobile, având rolul de a realiza un reazem

intermediar cu scopul reducerii deformaţiilor la încovoiere ale piesei, mărindu-I astfel

stabilitatea şi crescând precizia de prelucrare.

Lunetele sunt de două tipuri: fixe, care se montează pe batiul strungului, realizând

un reazem suplimentar fix în trei puncte, şi mobile, care se montează pe cărucior,

realizând un reazem mobil în două puncte, situat în dreptul sculei. Cele mobile dau

rezultate mai bune, deoarece asigură o rigiditate constantă piesei în timpul prelucrării, pe

toată lungimea ei.

Flanşele de antrenare se folosesc pentru transmiterea mişcării de rotaţie de la

arborele principal la semifabricat, în cazul prinderii acestuia între vârfuri.

Roţile de schimb, la strungurile longitudinale, se montează în cutia roţilor de schimb

şi servesc la extinderea posibilităţilor de reglare ale lanţului cinematic de filetare.

Dispozitivele pentru prinderea sculelor sunt mai simple decât cele pentru piese,

cele mai uzuale fiind suporţii port-cuţit şi dispozitivele de filetat cu tarodul şi filiera.

Suporţii port-cuţit sunt în principal de două tipuri: suporţi monocuţit schimbabili; şi

suporţi tip turelă.

Suporţii monocuţit se folosesc la prelucrarea pieselor complexe, unde este necesar

un număr mare de scule. Ei se prereglează iniţial într-o anumită poziţie faţă de suportul de

bază al strungului, putând fi schimbaţi apoi rapid, prin aceasta reducându-se timpii auxiliari

aferenţi.

Suporţii tip turelă permit montarea simultană a maxim patru cuţite, care sunt aduse

succesiv în lucru printr-o mişcare de divizare realizată pe axa mişcării wp2 ( fig. 5.2).

Dispozitivele de filetat cu tarodul şi filiera servesc la fixarea acestora în pinola

păpuşii mobile sau pe suportul port-cuţit, şi sunt concepute astfel încât să împiedice rotirea

acestora, dar să le permită translaţia liberă (deoarece directoarea este materializată pe

sculă).

Accesoriile speciale ale strungurilor longitudinale au scopul lărgirii posibilităţilor de

prelucrare, cele mai răspândite fiind:

- dispozitivele de copiat;

- dispozitivele de filetat;

- dispozitivele de strunjit suprafeţe sferice;

- dispozitivele de frezat;

- dispozitivele de rectificat.

Dispozitivele de copiat utilizate pe strungurile longitudinale servesc la transpunerea

profilului curbei generatoare de pe un şablon (unde se află materializat) pe piesă, metodă

utilă în cazul unor generatoare de lungime mare.

În figura 5.8 este prezentat un dispozitiv mecanic de strunjit conic montat pe strung.

94

În figură s-au notat: 1-arborele principal al

strungului; 2-sania longitudinală a cărucio-

rului; 3-suportul portcuţit; 4-sania trans-

versală; 5-ghidajele de pe batiu ale căru-

ciorului; 6-suportul dispozitivului; 7-riglă de

copiere; 8-culisă; 9-suport fixat pe sania

transversală.

Pentru prelucrarea prin copiere, mai

întâi se întrerupe legătura dintre sania

transversală şi mecanismul său de acţio-

nare, astfel încât sania să se poată deplasa

liber, iar apoi se reglează rigla 7 la unghiul

necesar la piesă. Pornind mişcarea de a-

vans wl a căruciorului, culisa 8 urmăreşte

canalul riglei 7,deplasând sania transversa-

lă în mişcarea wt şi determinând scula să

descrie o generatoare înclinată cu acelaşi

unghi .

Dacă în locul riglei 7 se montează un şablon profilat, iar în locul culisei 8 o rolă care

să urmărească profilul şablonului, se obţine un dispozitiv mecanic de copiat suprafeţe

profilate. Acesta are însă performanţe mai reduse decât dispozitivele hidraulice de copiat

prezentate în subcapitolul 4.5.4, figura 4.40.

Dispozitivele de filetat se folosesc la prelucrarea filetelor cu mai multe începuturi,

pentru divizarea pasului filetului, şi sunt de două tipuri: flanşe divizoare şi ceasuri de filetat.

Flanşele divizoare se montează pe arborele principal, în locul universalului, şi fac

posibilă poziţionarea unghiulară a piesei faţă de arbore în vederea prelucrării succesive a

canalelor filetului.

Ceasurile de filetare se montează pe cărucior şi sunt cuplate permanent cu şurubul

conducător al strungului, indicând poziţiile axiale ale căruciorului în care acesta poate fi

cuplat, pentru a realiza divizarea dorită a pasului.

Dispozitivele de strunjit suprafeţe sferice se montează

în locul suportului portcuţit şi permit deplasarea vârfului

sculei pe o generatoare de formă circulară, cu posibilitatea

reglării razei.

Dispozitivele de frezat se montează în locul suportului

portcuţit şi permit deplasarea piesei după o direcţie

verticală, celelalte două translaţii fiind asigurate de strung.

Pentru prinderea piesei dispozitivele pot fi prevăzute cu o

masă orizontală (fig.5.9), sau cu un arbore perpendicular pe

axa strungului şi înclinabil în plan vertical, care poate e-

Fig.5.8

Fig.5.8

Fig.5.9

95

fectua o mişcare de avans circular, sau de divizare, în jurul axei proprii, permiţând prin

aceasta prelucrarea unor profile periodice (roţi dinţate, de clichet, axe canelate, etc., pe

suprafeţe cilindrice sau conice).

Dispozitivele de rectificat se montează în locul suportului portcuţit, şi constau dintr-o

broşă de rectificat antrenată în mişcarea principală de un motor electric, printr-o transmisie

cu curea.

5.2.2.3. Prelucrări pe strungurile longitudinale.

Pe strunguri se efectuează, în primul rând, operaţii de strunjire, dar se pot realiza şi

operaţii de debitare, găurire, filetare, frezare, rectificare sau chiar operaţii de fasonare a

tablelor. Ponderea mare a operaţiilor de strunjire în cadrul prelucrărilor prin aşchiere,

precum şi celelalte operaţii ce se pot realiza pe strungurile universale, fac ca aceste

maşini să ocupe unul din cele mai importante locuri în parcul de maşini-unelte.

Operaţiile de strunjire sunt acele operaţii care se execută cu ajutorul cuţitelor de

strunjit. După poziţia suprafeţelor pe piesa prelucrată, acestea pot fi exterioare şi

interioare, iar după formă sunt: cilindrice, conice, profilate şi plane.

Suprafeţele cilindrice exterioare şi interioare se realizează utilizând scule specifice,

(fig.5.1) care se deplasează în mişcarea de avans longitudinal wl.

Suprafeţele plane exterioare şi interioare se realizează utilizând cuţite încovoiate,

care execută mişcarea de avans transversal wt de la exterior spre centru, sau invers.

Retezarea pieselor se realizează folosind cuţite de retezat, care se deplasează în

mişcarea de avans transversal wt.

Strunjirea suprafeţelor conice se poate face prin mai multe metode, prezentate în

continuare:

- Cu generatoare materializată pe sculă, tăişul principal rectiliniu al sculei formând

cu axa piesei un unghi de atac funcţional F (reglat prin mişcarea wp2 , fig.5.2) egal cu

unghiul generatoarei piesei, şi utilizând mişcările de avans wl sau wt. Metoda se utilizează

frecvent la prelucrarea generatoarelor de lungime mică (a teşiturilor), la lungimi mari

apărând dificultăţi deosebite.

- Prin rotirea saniei portcuţit de la suportul rotativ

(mişcarea de poziţionare wp1 , fig.5.2) cu un unghi egal

cu cel al generatoarei piesei şi folosind mişcarea de a-

vans a saniei portcuţit, wpc (fig.5.10). Metoda permite re-

alizarea de suprafeţe conice cu o45α şi lungimea ge-

neratoarei mai mică decât lungimea cursei saniei port-

cuţit. Prezintă dezavantajele că precizia de reglare a un-

ghiului este redusă, iar avansul manual, fiind neuniform,

determină o rugozitate variabilă pe direcţia generatoarei.

- Prin deplasarea transversală a păpuşii mobile (fig.5.11). Piesa se prinde între

vârfuri şi este antrenată în mişcarea de rotaţie cu ajutorul unei flanşe de antrenare F

Fig.5.10

96

(fixată pe arborele principal) şi a antrenorului A (fixat pe piesă), iar păpuşa mobilă se

deplasează transversal faţă de placa de bază (mişcarea de poziţionare wp3 , fig.5.2) cu

distanţa h calculată cu relaţia aproximativă:

l

LdDh

2, (5.2)

obţinută considerând 1cos α . Aproximaţia este

acceptabilă, deoarece prin această metodă se prelucrează

conicităţi mici (max = 6º ).

- Cu ajutorul dispozitivelor de strunjit conic (fig. 5.8).

Strunjirea suprafeţelor profilate se poate realiza prin mai multe metode, şi anume:

- cu cuţite profilate (fig.5.1, h), lucrând cu avansul transversal wt (pentru lungimi

mici ale profilului);

- cu ajutorul dispozitivelor de copiat după şablon (fig.4.41) (pentru lungimi mari

ale profilului);

- cu dispozitive speciale (pentru o anumită formă a suprafeţei, de exemplu

sferică).

Prelucrarea filetelor pe strung se poate realiza prin două metode: cu scule speciale

– tarozi şi filiere, şi cu ajutorul cuţitelor de filetat.

Tarozii şi filierele sunt scule profilate pentru prelucrarea filetelor care materializează

atât curba generatoare cât şi curba directoare. Pentru filetarea cu tarodul sau filiera, piesa

execută mişcarea principală n, iar scula se autoconduce în gaura filetată, astfel încât

ambele curbe sunt transpuse de pe sculă pe piesă prin copiere directă. Scula se prinde

într-un dispozitiv de filetat, care îi permite deplasarea axială liberă, dar îi împiedică rotaţia.

Dispozitivul se fixează în suportul portcuţit, iar căruciorul execută o mişcare de avans

longitudinal wl cu un pas mai mic decât cel al filetului prelucrat, diferenţa paşilor fiind

compensată de dispozitiv.

Filetarea cu cuţite de filetat se realizează cu un cuţit profilat care materializează,

parţial sau total, profilul generator, elicea directoare fiind generată pe cale cinematică.

Pentru aceasta, piesa execută mişcarea principală n, iar scula, montată direct în suportul

port-cuţit, primeşte o mişcare de avans wl cu pas identic cu cel al elicei filetului de

prelucrat. Corelarea celor două mişcări în scopul generării cinematice a curbei directoare

la parametrii prescrişi, este realizată de lanţul cinematic de filetare, care poate fi evidenţiat

în schema cinematică a strungului (fig.5.12) prin următoarea formulă structurală:

AP, nP – I – RS – CA – K – ŞC, nş – S,wl

şi care are ecuaţia de transfer:

sCARSIcP niiiin , (5.3)

Fig.5.11

Fig.5.11

97

în care: ic reprezintă produsul rapoartelor de transmitere constante; iI – raportul de

transmitere al inversorului I; iRS – raportul roţilor de schimb RS; iCA – raportul cutiei de

avansuri.

Considerând cazul general al prelucrării unui filet cu mai multe începuturi, între

pasul filetului p şi pasul elicei directoare pE, există relaţia:

pKp fE , (5.4)

în care K reprezintă numărul de începuturi ale filetului.

Fig.5.12

Punând condiţia de generare a elicei directoare:

ssEpl pnpnw . (5.5)

în care: pş este pasul şurubului conducător, iar nş turaţia acestuia obţinută prin lanţul de

filetare, şi ţinând cont de relaţia (5.4), rezultă:

ss

E

p

s

p

pK

p

p

n

n . (5.6)

Explicitând din relaţia (5.3) raportul roţilor de schimb iRS şi ţinând cont de relaţia

(5.6), se obţine formula de reglare a lanţului cinematic de filetare, având forma:

s

f

CA

FRSp

pK

iCi

1. (5.7)

în care cI

Fii

C

1

reprezintă constanta lanţului cinematic de filetare.

La proiectarea maşinii se calculează valorile CF, pş şi gama valorilor iCA , iar apoi cu

formula (5.7) se calculează roţile de schimb care echipează curent maşina.

În exploatare, relaţia (5.7) serveşte la calcularea roţilor de schimb necesare

prelucrării filetelor al căror pas nu se regăseşte în gama valorilor prestabilite la proiectarea

maşinii.

Pe strungurile universale se pot prelucra toate cele patru tipuri de filete: metric (p),

modul (m), Withworth (N/inch) şi diametral pitch (DP), valorile parametrilor principali fiind

trecute în tabela indicatoare a cutiei de avansuri şi filete.

98

Conversia diferitelor tipuri de filete în filetul metric, în vederea utilizării relaţiei (5.7),

se face cu formulele:

][4,25

;4,25

; mmDP

πp

Npmπp

, (5.8)

în care p este pasul filetului metric, m – modulul filetului modul, N – numărul de paşi pe un

inch şi DP – numărul diametral pitch.

Prelucrarea găurilor pe strunguri se poate realiza prin operaţii de strunjire, realizate

cu ajutorul cuţitelor de interior şi al barelor de alezat, metodă folosită la prelucrarea unor

găuri de dimensiuni mari, preexistente, sau prin operaţii de burghiere, adâncire, alezare,

specifice maşinilor de găurit, în cazul găurilor de

diametre mici. Burghiele, adâncitoarele şi alezoarele se

fixează în pinola păpuşii mobile şi execută mişcarea de

avans manual wp (fig.5.13).

Prelucrările prin frezare şi rectificare se execută cu ajutorul dispozitivelor accesorii

speciale prezentate în subcapitolul 5.2.2.2.

Fasonarea tablelor pe strunguri se realizează prin roluire cu ajutorul unor dornuri

profilate şi a unor role. Semifabricatul din tablă, de formă circulară, se fixează pe dorn care

se prinde în universal şi este antrenat în mişcarea principală n. Rola se fixează în suportul

portcuţit şi execută mişcări de avans longitudinal şi transversal, realizate manual. În urma

deformaţiilor plastice cauzate de acţiunea rolei are loc mularea tablei pe dorn,obţinându-se

astfel piese de revoluţie cu pereţi subţiri.

5.2.3. Strunguri frontale.

Strungurile frontale sunt strunguri orizontale de dimensiuni mari, destinate

prelucrării pieselor în formă de disc, (diametru mare şi lungime mică), având diametrul

maxim între (1000...4000) [mm]. Ele se aseamănă, în principiu , cu strungurile orizontale,

dar au batiul mult mai scurt, şi de regulă nu dispun de păpuşă mobilă. Pentru a permite

prelucrarea la diametre cât mai mari, unele construcţii au batiul separat de păpuşa fixă.

Strungurile frontale prezintă două mari dezavantaje, determinate de poziţia

orizontală a arborelui principal şi de greutăţile foarte mari ale pieselor prelucrate, care fac

dificilă prinderea şi centrarea lor pe maşină (sunt manevrate cu macarale), iar solicitările

mari la încovoiere ale arborelui principal reduc precizia de prelucrare. Au productivitate

scăzută şi se folosesc tot mai puţin, prelucrări similare putând fi realizate pe strungurile

carusel.

Fig.5.13

Fig.5.13

99

5.2.4. Strunguri carusel.

Sunt destinate prelucrării pieselor în formă de disc de diametre şi greutăţi mari.

Datorită poziţiei verticale a arborelui principal, prezintă mai multe avantaje faţă de

strungurile frontale:

- prinderea şi centrarea pieselor pe platoul maşinii se realizează mult mai uşor şi

mai precis;

- arborele principal este solicitat la compresiune astfel că preia mult mai bine

greutăţile mari ale pieselor prelucrate;

- permit prelucrarea unor piese foarte mari, având diametrul până la 25 [m];

- realizează o precizie de prelucrare superioară;

- au productivitate mare;

- având dimensiuni mai mici în plan orizontal, asigură o utilizare mai bună a

spaţiului de producţie.

Clasificarea strungurilor carusel se face în principal după trei criterii:

- după construcţie, privind numărul montanţilor, strungurile carusel sunt: cu un

montant şi cu doi montanţi;

- după tipul traversei, pot fi cu traversă fixă, destinate prelucrării pieselor de înălţime

mică ( 800h [mm]), şi cu traversă mobilă, pentru piese cu h 800 [mm];

- după gradul de universalitate, există strunguri universale, destinate producţiei

individuale şi de serie mică, şi strunguri speciale, destinate prelucrării unui anumit tip de

piesă în producţia de serie mare.

5.2.4.1. Strunguri carusel cu un montant.

Sunt strunguri de dimensiuni mai mici, fiind destinate prelucrărilor până la diametrul

maxim de 2000[mm].

Principiul constructiv şi funcţional al

strungurilor carusel cu un montant şi

traversă mobilă este prezentat în figura

5.14. Ele sunt alcătuite din următoarele

părţi componente: 1-batiu;2-platou (masă

rotativă);3-cap revolver portscule;4-sanie

portcuţit verticală;5-suport rotativ;6-sanie

transversală;7-traversă mobilă; 8-montant;

9-sanie portcuţit transversală; 10 - suport

portcuţit;11-sanie verticală; C1, C2- căru-

cioare.

Mişcarea principală, de rotaţie n,

este executată de platoul strungului, 2, pe

care se centrează şi fixează piesa de

prelucrat. Fig.5.14

100

În partea superioară, pe montantul 8, este amplasată traversa mobilă 7, care poate

fi deplasată pe verticală în mişcarea de poziţionare wp2 şi blocată apoi pe poziţie. Pe

traversă este amplasat căruciorul superior C1, a cărui sanie transversală 6 permite

deplasarea în mişcarea de avans transversal wt1. Pe sania transversală este prevăzut

suportul rotativ 5, care poate efectua o mişcare de poziţionare wp1, astfel încât mişcarea

de avans wv1 a saniei 4 se poate realiza pe direcţie verticală sau înclinată. Capul revolver

3 execută mişcarea de divizare wd, în vederea schimbării sculei active.

Lateral faţă de masă, pe ghidajele montantului este amplasat căruciorul lateral C2,

care se poate deplasa într-o mişcare de avans vertical wv2. Suportul portcuţit 10 poate

primi de asemenea o mişcare de avans transversal wt2.

Unele strunguri sunt prevăzute cu două cărucioare superioare, amplasate pe

traversă; având posibilitatea efectuării de prelucrări simultane cu mai multe scule,

productivitatea strungurilor carusel este mai mare decât a celor frontale.

5.2.4.2. Strunguri carusel cu doi montanţi.

Din această grupă fac parte cele mai mari strunguri, care permit prelucrări până la

diametre de 25 [m], construcţia portal oferindu-le o rigiditate ridicată.

Principiul constructiv şi funcţional al acestor maşini rezultă din figura 5.15, în care

Fig.5.15

s-au notat: 1-batiu; 2-platou; 3, 9-montanţi; 4, 11–suporţi portcuţit; 5–sanie portcuţit

verticală; 6–suport rotativ; 7–sanie transversală; 8–grindă de rigidizare; 10–traversă

mobilă; 12–sanie portcuţit transversală; 13 – sanie verticală; C1, C2, C3 – cărucioare.

101

Mişcările executate de diferitele elemente componente sunt următoarele:

- n – mişcarea principală de aşchiere, efectuată de platoul 2, pe care se prinde piesa de

prelucrat; unele strunguri, datorită variaţiei mari a razei la prelucrarea suprafeţelor plane

frontale, sunt prevăzute cu variatoare continue de turaţie, comandate de poziţia săniilor

transversale, care să permită menţinerea aproximativ constantă a vitezei de aşchiere;

- wv – mişcări de avans, sau de poziţionare, verticale sau înclinate;

- wv1 – mişcare de avans vertical sau de poziţionare;

- wt – mişcări de avans, sau de poziţionare transversale;

- wp1 – mişcări de poziţionare, pentru reglarea unghiului direcţiei mişcărilor wv faţă de axa

piesei;

- wp2 – mişcarea de poziţionare verticală a traversei.

Unele strunguri sunt echipate cu încă un cărucior lateral, amplasat pe montantul din

stânga, sau sania portsculă a căruciorului lateral se poate şi ea înclina în vederea

prelucrării suprafeţelor conice.

Ca accesorii speciale, unele strunguri sunt dotate cu dispozitive de copiat, pentru

prelucrarea suprafeţelor conice sau profilate şi cu dispozitive de rectificat, care permit

prelucrarea suprafeţelor de revoluţie sau plane.

5.2.4.3. Prelucrări pe strungurile carusel.

Pe strungurile carusel verticale se pot prelucra suprafeţe cilindrice exterioare şi

interioare, suprafeţe conice exteri-

oare şi interioare, suprafeţe plane,

canale elicoidale şi speciale.

Suprafeţele cilindrice şi plane

se prelucrează utilizând direct

avansurile existente la maşină.

În figura 5.16 este prezentată

prelucrarea simultană a mai multor

suprafeţe de acest tip, în cazul

prelucrării unui volant. La o primă

fixare a piesei se prelucrează

anumite suprafeţe, iar după

întoarcerea ei pe cealaltă parte se

prelucrează şi celelalte suprafeţe.

Suprafeţele conice se pot

prelucra prin mai multe metode,

care necesită reglaje specifice.

O primă metodă, cea mai ac-

cesibilă, constă în înclinarea supor-

Fig.5.16

102

ţilor portsculă verticali, 5, cu unghiul dintre generatoare şi axa piesei, utilizând mişcarea de

poziţionare wp1, prelucrarea realizându-se cu avansul înclinat wv. Metoda are dezavantajul

că lungimea generatoarei prelucrate este mică, determinată de lungimea cursei săniilor

portcuţit 5, iar unghiul este limitat la maxim 30 faţă de axa piesei.

Prelucrarea suprafeţelor conice cu unghiuri mari, între 60…90, se poate realiza

prin înclinarea suportului portsculă lateral 12 (dacă strungul este prevăzut cu acest reglaj),

utilizând avansul transversal wt1 al acestuia.

O metodă specifică de prelucrare a suprafeţelor conice pe strungurile carusel

constă în combinarea avansurilor wt şi wv, rezultând unghiul:

v

t

w

warctgα . (5.9)

Deoarece wt şi wv pot lua numai valori discrete, rezultă că metoda nu permite

realizarea oricărei valori a unghiului . Dacă trebuie realizat pe piesă un unghi de

înclinare 0 apropiat de , se poate proceda la înclinarea saniei, prin mişcarea wp1, cu un

unghi faţă de direcţia axei (fig. 5.17). Pentru unghiuri

mici se poate considera hAB , şi aplicând teorema

sinusurilor în ABC, se obţine relaţia:

0

0

2sin

sin

απ

βα

w

wαtg

h

l

v

t , (5.10)

din care se poate scrie:

00 cossin ααtgβα , (5.11)

rezultând valoarea lui :

00cosarcsin αααtgβ . (5.12)

Dacă > 0, rezultă pozitiv, orientat ca în figură;dacă < 0, se obţine negativ,

deci înclinarea trebuie realizată în sens invers.

Pe lângă prelucrările uzuale prezentate mai sus, cu ajutorul dispozitivelor speciale

pe strungurile carusel se pot efectua şi prelucrări de suprafeţe profilate prin copiere şi

operaţii de rectificare.

5.2.5. Strunguri revolver.

Strungurile revolver sunt strunguri de productivitatea mijlocie, între strungurile

universale şi cele automate, destinate prelucrării pieselor de dimensiuni mici şi forme

complexe, utilizând ca semifabricat barele laminate, dar şi semifabricatele individuale.

Costructiv, strungurile revolver sunt caracterizate de existenţa unui suport portscule

complex, denumit cap revolver, în care se pot monta simultan între 6 şi 16 portscule.

Sculele sunt amplasate în conformitate cu succesiunea fazelor de prelucrare pentru piesa

Fig.5.17

Fig.5.17

103

respectivă, şi sunt aduse pe rând în lucru printr-o mişcare de divizare executată de capul

revolver. La încheierea unui ciclu de lucru, piesa poate fi prelucrată total sau parţial.

Datorită eliminării timpilor auxiliari de schimbare a sculelor, precum şi datorită

suprapunerii unor timpi de bază, productivitatea strungurilor revolver devine de 3…4 ori

mai mare decât a strungurilor normale.

Diversitatea mare a strungurilor revolver fac posibilă clasificarea lor după un număr

mare de criterii, dintre care cel mai important este acela al poziţiei axei capului revolver

după care există:

- strunguri cu disc revolver, cu axa orizontală;

- strunguri cu turelă revolver, cu axa verticală;

- strunguri cu turelă revolver, cu axa înclinată.

După diametrul D al alezajului din arborele principal, care determină diametrul

maxim al barelor laminate utilizate ca semifabricat, strungurile revolver se împart în:

- strunguri revolver mici, cu D = 10…32 [mm];

- strunguri revolver mijlocii, având D = 32…80 [mm];

- strunguri revolver mari, cu D = 80…135 [mm].

Strungurile mici prelucrează piese numai din bară, prinsă într-o bucşă elastică

introdusă în alezajul arborelui principal; cele mijlocii pot prelucra atât din bară, cât şi

semifabricate turnate sau forjate prinse într-un dispozitiv tip universal sau în dispozitive

speciale, iar cele mari folosesc doar semifabricate individuale.

După gradul de automatizare, strungurile revolver pot fi: cu comenzi manuale,

semiautomate sau automate.

Principiul constructiv şi funcţional al strungurilor cu disc revolver este prezentat în

figura 5.18, în care s-au notat următoarele elemente:

Fig.5.18

104

1-păpuşă fixă; 2-arbore principal; 3-cap revolver orizontal; 4-sanie longitudinală; 5-tambur

de comandă (la cele semiautomate sau automate); 6-batiu; 7-cutia cu mecanisme a

căruciorului; 8-bară de avansuri; 9-cutie de avansuri;CR-cărucior revolver.

Discul revolver, 3, este amplasat pe căruciorul CR şi este prevăzut cu până la 16

locaşe portcule a, care în poziţia superioară sunt coaxiale cu arborele principal. Prin

mişcarea de divizare wd, efectuată de discul revolver în jurul axei sale, locaşele ajung pe

rând în poziţia superioară de lucru. Această mişcare, la unele strunguri, poate fi executată

şi ca mişcare continuă, îndeplinind rolul de mişcare de avans circular, wc, sau transversal,

făcând posibilă şi prelucrarea suprafeţelor frontale şi conice. Căruciorul asigură realizarea

mişcării de avans axial wl, pentru toate sculele.

La unele strunguri mici, în vederea realizării avansului transversal, discul revolver

este montat pe o sanie transversală, iar la altele există un al doilea cărucior prevăzut cu

sanie transversală, amplasat între căruciorul revolver şi păpuşa fixă, care poate fi înlăturat

cu uşurinţă atunci când nu este necesar.

La strungurile semiautomate şi automate, tamburul de comandă 5, asigură, cu

ajutorul unor came şi al unor microîntrerupători, comanda cuplajelor electromagnetice din

cutia de viteze şi de avansuri, în vederea schimbării turaţiei n şi a avansului wl, odată cu

schimbarea sculei.

Strungurile revolver care prelucrează piese din bară laminată sunt prevăzute şi cu

un suport pentru susţinerea barei, amplasat în stânga păpuşii fixe.

Datorită utilizării unui număr mare de scule, strungurile cu disc revolver sunt folosite

la prelucrarea pieselor complexe, de dimensiuni mici, prelucrate din bară laminată,

permiţând în cele mai multe cazuri prelucrarea totală a piesei şi asigurând productivităţi

ridicate.

Principiul constructiv şi funcţional al strungurilor cu turelă verticală este prezentat în

figura 5.19, în care s-au făcut următoarele notaţii:

Fig.5.19

105

1-păpuşă fixă; 2-arbore principal; 3-suport portcuţit; 4-sanie transversală5-sanie

longitudinală; 6-turelă revolver; 7-suport rotativ; 8-sanie longitudinală; 9-cutia cu

mecansime a căruciorului; 10-batiu; 11-bară de avans; 12-cutia căruciorului auxiliar; 13-

cutia de avansuri; CA-cărucior auxiliar;CR-cărucior revolver.

Turela revolver, 6, este prevăzută cu 6…8 locaşe portscule a, aduse pe rând în

dreptul arborelui principal 2, prin mişcarea de divizare wd realizată de suportul rotativ 7.

Mişcarea de avans longitudinal wl, pentru toate sculele, este asigurată de căruciorul CR.

Unele construcţii au turela montată pe o sanie longitudinală care efectuează

mişcarea wl, faţă de cărucior, soluţie utilizată la strungurile mici.

Pentru a permite prelucrarea suprafeţelor frontale sau efectuarea de operaţii de

retezare, aceste strunguri sunt echipate frecvent cu un cărucior auxiliar, CA, pe sania

transversală 4 putând fi montaţi unul sau doi suporţi portcuţit, 3.

Alte tipuri de strunguri au turela montată pe o sanie transversală, care asigură

realizarea unei mişcări de avans transversal; această soluţie are dezavantajul că reduce

rigiditatea turelei şi precizia de prelucrare datorită dezaxării curente a turelei faţă de

arborele principal.

Construcţiile cu turela montată direct pe căruciorul CR au rigiditate maximă, fiind

utilizate la prelucrarea pieselor de dimensiuni mari.

Comparativ cu strungurile cu disc revolver, cele cu turelă se folosesc la prelucrarea

pieselor mai simple, de dimensiuni mai mari, realizate din bară laminată, dar şi din

semifabricate individuale.

În figura 5.20 este prezentat principiul constructiv şi cinematic al strungurilor cu

turelă înclinată. S-au evidenţiat următoarele elemente componente:

1-păpuşă fixă; 2-arbore principal; 3-

turelă revolver; 4-suport rotativ; 5-

sanie longitudinală; 6-cutia cu

mecansime a căruciorului; 7-batiu;

CR-cărucior revolver.

Turela revolver are formă

tronconică şi este înclinată la 45.

Ea poate fi prevăzută cu mai multe

locaşe pentru portscule sau numai

cu două, dispuse la 180.În cel de al

doilea caz în timp ce scula fixată în

locaşul din stânga lucrează, în loca-

şul superior se schimbă scula, care

prin mişcarea de divizare wd este adusă apoi în lucru,ş.a.m.d.,astfel încât se poate utiliza

un număr mult mai mare de scule decât în primul caz, deci se pot prelucra piese de

complexitate mai mare. Schimbarea sculei din locaş şi mişcarea de divizare a turelei se

pot realiza manual sau automat.

Fig.5.20

106

În general, pe strungurile revolver se pot efectua operaţii de strunjire de suprafeţe

cilindrice exterioare şi interioare, conice, profilate, plane, operaţii de retezare, operaţii de

prelucrarea găurilor (burghiere, adâncire, alezare), operaţii de filetare, cu ajutorul tarozilor

şi a filierelor, (pentru filete de diametre mici). Ca accesorii speciale, se întâlnesc frecvent

dispozitivele de filetare, utilizate la prelucrarea filetelor de dimensiuni mari şi dispozitivele

de frezat.

În figura 5.21 se prezintă succesiunea fazelor de prelucrare a unei piese având

forma din figura h, pe un strung cu disc revolver automat, de fabricaţie românească, tip

DRT 32/40.

Succesiunea fazelor este următoarea:

a – avansul barei (alimentarea cu semifabricat);

b – strunjire longitudinală la cota 24 şi prelucrarea suprafeţei frontale de capăt;

c – strunjire longitudinală cota 20, teşire capăt şi profilare;

d – strunjire cota 30 şi prelucrare canal 186;

e – strunjire cota 26;

f – filetare M24 (cu dispozitivul de filetat);

g – retezare piesă.

Fig.5.21

107

Prin suprapunerea mai multor prelucrări realizate în cadrul unei faze, se obţine

creşterea productivităţii.

5.2.6. Strunguri automate şi semiautomate.

Strungurile automate şi semiautomate sunt maşini de productivitate ridicată, mai

mare decât a strungurilor revolver, destinate producţiei de serie mare şi masă.

Productivitatea ridicată se datorează echipării strungului cu mai mulţi suporţi portsculă,

care acţionează simultan-succesiv asupra unuia sau mai multor semifabricate, realizând

prin aceasta suprapunerea timpilor de bază; totodată, prin mecanizarea şi automatizarea

mişcărilor auxiliare timpii auxiliari se reduc la valori minime, astfel încât timpul total

consumat pentru prelucrarea unei piese se reduce foarte mult.

După gradul de automatizare se cunosc:

- strunguri semiautomate, la care succesiunea fazelor ciclului de lucru este

comandată automat, dar alimentarea cu semifabricat şi evacuarea piesei se efectuează

manual, de către operatorul uman, deoarece forma şi dimensiunile semifabricatului nu

permit automatizarea acestor faze;

- strunguri automate, la care toate fazele se execută automat, factorului uman

revenindu-i doar rolul de alimentare periodică cu semifabricate, verificarea cotelor

prelucrate şi reglarea sculelor, schimbarea sculelor, întreţinerea maşinii.

După numărul arborilor principali, strungurile automate şi semiautomate pot fi:

monoax şi multiaxe.

După poziţia arborilor principali, există strunguri orizontale şi verticale.

După destinaţie, strungurile automate pot fi universale şi speciale.

Ca semifabricate, se utilizează sârmă înfăşurată în colaci ( 8max [mm]); bare

laminate; semifabricate individuale, alimentate automat din buncăre (la dimensiuni mici),

sau manual (la dimensiuni mari şi forme complexe).

5.2.6.1. Strunguri automate monoax.

Aceste strunguri se caracterizează prin existenţa unui singur arbore principal, deci

se prelucrează la un moment dat o singură piesă, dintr-un semifabricat de tip bară sau

sârmă. Sunt strunguri de mărime mică sau mijlocie, concepute pentru prelucrarea unor

piese de dimensiuni mici la o precizie ridicată.

Având de regulă o structură pur mecanică, pentru automatizarea ciclului de lucru

fiind utilizate camele, şi o construcţie simplă, se reglează cu uşurinţă şi au cost redus, fiind

cele mai răspândite.

Clasificarea lor se face în primul rând după natura operaţiilor executate, astfel:

-strunguri automate de profilat şi retezat, având un număr de sănii portsculă care

execută numai avansuri transversale; sunt destinate prelucrării unor piese scurte şi simple,

care nu necesită strunjiri longitudinale;

108

- strunguri automate de profilat şi strunjit longitudinal, caracterizate prin faptul că

bara de prelucrat execută mişcarea principală simultan cu o mişcare de avans longitudinal,

iar săniile portcuţit, dipuse radial, execută mişcări de avans transversal; utilizând separat

mişcările de avans se pot prelucra suprafeţe cilindrice şi profilate (cu cuţite profilate), iar

prin combinarea lor se por prelucra şi suprafeţe conice; pentru prelucrarea găurilor, sunt

prevăzute cu dispozitive adecvate, fixe sau schimbabile;

- strunguri automate cu cap revolver, care sunt cele mai compexe, având atât sănii

transversale cât şi longitudinale, precum şi un cap revolver în care se pot monta uzual

până la 6 scule pentru prelucrări axiale (burghieri, alezări, filetări, etc.). Permit prelucrarea

unor piese complicate şi au productivitate ridicată.

Principiul constructiv şi funcţional al strungurilor automate monoax tip SARO, de

fabricaţie românească, este prezentat în figura 5.22, în care s-au evidenţiat următoarele

elemente: 1-batiu; 2-bară semifabricat; 3-dispozitiv de alimentare şi prindere a barei; 4-

păpuşă fixă; 5-suport sănii transversale; 6,13,14-sănii transversale superioare; 7-arbore

principal; 8-sanie transversală faţă; 9-cap revolver; 10-sanie cap revolver; 11-arbore de

comandă; 12-sanie transversală spate; 15-sanie longitudinală.

Semifabricatul, fixat în arborele principal cu ajutorul unei bucşe elastice se roteşte,

într-un sens sau altul, în mişcarea principală n.

În suporţii transversali se fixează cuţite pentru prelucrări cu avans transversal

(wt1…wt5), suportul din spate, 12, având şi o mişcare de avans longitudinal, wl1.

Capul revolver permite montarea a şase scule pentru prelucrări axiale, care sunt

aduse pe rând în faţa arborelui principal prin mişcarea de divizare pas cu pas wd. Sania

capului revolver 10 asigură deplasarea axială a sculelor prin mişcarea wl2.

Fig.5.22

109

Ciclul de lucru al strungului este compus dintr-o succesiune de faze de prelucrare,

dintre care unele suprapuse, şi faze auxiliare (de alimentare cu semifabricat şi de

schimbare a sculor prin rotirea capului revolver).

Coordonarea succesiunii fazelor ciclului de lucru este realizată de arborele de

comandă, 11, care execută o rotaţie completă pe ciclu. El are două secţiuni, una

longitudinală şi alta transversală (nereprezentată). Pe secţiunea longitudinală sunt

amplasate camele de lucru C1…C5 pentru realizarea mişcărilor wt1…wt5, precum şi

tamburii T1…T3 pe care sunt montate camele de impuls pentru comanda fazelor auxiliare.

Pe secţiunea transversală, se află camele de lucru pentru realizarea avansurilor

longitudinale wl1 şi wl2. Camele pentru execuţia mişcărilor auxiliare sunt dispuse pe un

arbore auxiliar, amplasat în partea din spate a strungului.

Camele de lucru sunt came disc având de regulă patru sectoare (fig.5.23):

I - sectorul de mers în gol, profilat după un arc de crec,

care asigură poziţia retrasă a sculei faţă de semifabricat;

II - sectorul de apropiere rapidă a sculei de

semifabricat;

III – sectorul de lucru, profilat după o spirală

arhimedică, pentru realizarea avansului de lucru cu viteză

constantă;

IV – sectorul de retragere rapidă.

Camele de lucru şi cele de impuls sunt montate pe

arborele de comandă, fiecare într-o anumită poziţie

unghiulară faţă de originea mişcării de rotaţie a acestuia,

pentru a se asigura succesiunea corectă a fazelor.

Structura cinematică a strungurilor SARO este prezentată în figura 5.24, în care

notaţiile reprezintă: ME – motor electric de antrenare; MC – grup de mecansime cu raport

de transmitere constant; CV – cutie

de viteze (cu roţi de schimb); AP –

arbore principal; CA – cutie de a-

vansuri (cu roţi de schimb); AC – ar-

bore de comandă; AA – arbore

auxiliar.

Pe arborele de comandă AC

sunt reprezentate simbolic camele

de lucru Cl şi tamburii de comandă

T. În cadrul unui ciclu de lucru, AC

se roteşte cu două turaţii: nAC, len-

tă, obţinută prin cutia de avansuri,

CA, necesară pentru realizarea

fazelor de lucru şi nRAC, rapidă, rea-

Fig.5.24

Fig.5.23

Fig.5.23

110

lizată printr-o legătură directă, în timpul efectuării fazelor auxiliare.

Arborele auxiliar AA se roteşte continuu cu turaţia rapidă nAA. Pe el sunt amplasate

liber camele auxiliare Ca, care cuplează cu arborele prin intermediul cuplajelor de unghi

constant de rotaţie CU, comandate de camele de impuls dispuse pe tamburii T.

După structura cinematică, strungurile automate pot fi împărţite în trei grupe, struc-

tura cinematică de mai sus corespunzând automatelor de grupa a III-a, care sunt cele mai

evoluate, permiţând prelucrarea unor piese complicate cu productivităţile cele mai mari.

Pe strungurile automate monoax cu cap revolver pot fi realizate, în principiu,

aceleaşi prelucrări ca cele prezentate la strungurile cu disc revolver, dar, prin

suprapunerea mai accentuată a fazelor de lucru şi prin automatizarea mişcărilor auxiliare

se obţine o creştere substanţială a productivităţii.

În figura 5.25 se prezintă succesiunea fazelor de lucru pentru prelucrarea unui inel

de etanşare utilizat la racordurile hidraulice, şi anume: a-avansul semifabricatului până la

tamponul din capul revolver; b-strunjire profilată exterioară cu cuţit profilat disc, montat pe

sania 12, simultan cu centruire, realizată cu un burghiu montat în capul revolver; c-tasare,

realizată prin roluire cu o sculă specială fixată în capul revolver; d-burghiere, realizată cu

un burghiu montat în capul revolver; e-strunjire profilată interioară, realizată cu un cuţit

montat pe un suport special fixat în capul revolver şi acţionat de suportul 8; f-retezarea

piesei prin strunjire, realizată cu un cuţit de retezat montat pe sania 6.

5.2.6.2. Strunguri automate multiaxe.

Aceste strunguri se caracterizează prin prezenţa mai multor arbori principali (4 până

la 8), la care se prelucrează simultan tot atâtea piese, succesiv sau în paralel.

Prelucrarea succesivă presupune trecerea succesivă a fiecărui arbore principal pe

la grupuri diferite de scule care execută prelucrări diferite, prelucrarea unei piese fiind

Fig.5.25

111

terminată după trecerea ei pe la toate grupele de scule. Metoda permite prelucrarea unor

piese de complexitate mare, majoritatea strungurilor automate multiaxe fiind concepute pe

acest principiu.

Prelucrarea paralelă presupune existenţa unui grup identic de scule pentru fiecare

arbore principal, toate piesele fiind prelucrate simultan, astfel încât la un ciclu de lucru se

obţin tot atâtea piese câţi arbori principali are strungul. Aceste maşini au productivitate

foarte mare, dar pot prelucra numai piese simple.

După poziţia arborilor principali, strungurile automate şi semiautomate pot fi:

orizontale şi verticale.

În figura 5.26 este prezentat principiul constructiv şi funcţional al unui strung

automat orizontal cu şase axe, cu prelucrare succesivă. El se compune din urmăroarele

elemente:1-batiu; 2-montantul mare; 3-grindă de rigidizare; 4-tambur port-arbori principali;

5-arbori principali; 6-sănii pentru prelucrări transversale; 7-suporţi portsculă pentru

prelucrări longitudinale; 8-sanie longitudinală; 9-montantul mic.

Arborii principali 5, amplasaţi pe tamburul 4, se rotesc simultan cu aceeaşi turaţie,

n, realizând mişcarea principală. Tamburul 4 execută mişcarea de divizare pas cu pas wd

pe un unghi de 60, schimbând succesiv locul arborilor. În dreptul fiecărei poziţii a arborilor

sunt prevăzute săniile S1…S4 , care se pot deplasa în mişcările de avans transversal

wt1…wt4, iar pe sania longitudinală 8 sunt amplasaţi suporţii 7, care se deplasează

simultan în mişcarea de avans longitudinal wl. Prelucrările transversale şi longitudinale,

specifice fiecărei poziţii, se produc simultan la toţi arborii, după care se execută mişcarea

wd. După trecerea fiecărui arbore pe la toate poziţiile, piesa este finalizată.

La strungurile semiautomate, la prelucrarea semifabricatelor individuale, una din

poziţii (de regulă cea din faţă, corespunzătoare saniei S1) este folosită pentru evacuarea

Fig.5.26

Fig.5.26

112

piesei şi alimentarea cu semifabricat. În această poziţie mişcarea principală a arborelui

este oprită.

Strungurile automate şi semiautomate multiaxe au o productivitate mare, fiind

utilizate în producţia de serie mare.

5.3. Maşini de găurit şi alezat.

Aceste maşini sunt concepute special pentru prelucrarea găurilor prin operaţii de

burghiere, adâncire, lamare, alezare, precum şi pentru prelucrarea filetelor cu ajutorul

sculelor profilate de tipul tarodului şi al filierei, deşi, în funcţie de precizia necesară şi de

productivitate găurile pot fi prelucrate şi prin alte procedee şi anume: prin strunjire,

broşare, rectificare, honuire, sau rodare.

Operaţiile de mai sus sunt realizate pe maşinile de găurit prin utilizarea unor scule

dimensionale şi profilate, care transmit dimensiunea lor la suprafaţa prelucrată, precizia de

prelucrare depinzând în cea mai mare măsură de sculă şi nu de maşina-unealtă.

În figura 5.27 sunt prezentate, principalele operaţii de prelucrare al găurilor realizate

pe maşinile de găurit şi sculele aferente.

Burghierea (fig.5.27, a) este operaţia de prelucrare prin aşchiere realizată cu scula

numită burghiu, în scopul obţinerii unei găuri din plin. Diametrul maxim de prelucrare este

80 [mm], iar precizia de prelucrare redusă. Se utilizează la prelucrarea găurilor de

trecere, sau care urmează să fie prelucrate în continuare prin alte procedee.

Lărgirea şi adâncirea (fig.5.27, b) sunt operaţii de prelucrare a găurilor prin care se

realizează mărirea diametrului unei găuri obţinute iniţial prin turnare, matriţare sau găurire.

Sculele au un număr de 4…6 dinţi, realizând o ghidare mai bună în timpul lucrului şi un

avans pe dinte mai mic, astfel că se obţin precizii superioare burghierii.

Alezarea (fig.5.27, c) este operaţia de finisare a găurilor, realizată cu alezorul, în

vederea creşterii preciziei dimensionale şi a rugozităţii suprafeţei. Adâncimea de aşchiere

Fig.5.27

Fig.5.27

113

este mică (t = 0,1 [mm]), iar numărul mare de dinţi ai alezorului (z = 6…12) asigură o

bună ghidare a sculei în gaura prelucrată şi reduce avansul pe dinte sd, astfel că prin

alezare se pot prelucra şi găuri care formează ajustaje (precizie dimensională de ordinul

0,01 [mm]).

În figura 5.28 sunt prezentate

câteva cazuri de prelucrare a

capetelor găurilor prin operaţii de

lamare: a – adâncirea capătului

găurii cu asigurarea concentricităţii

celor două suprafeţe; b - lamarea

conică (teşirea); c – lamarea plană,

pentru prelucrarea unei suprafeţe

plane perpendiculare pe axa găurii,

la un bosaj.

Clasificarea maşinilor de găurit se poate face în primul rând după portabilitate, în:

maşini portabile şi maşini fixe.

Maşinile de găurit portabile sunt destinate prelucrării găurilor de diametre mici în

piese de dimensiuni mari, la construcţii metalice, etc., putând fi acţionate manual, electric

sau pneumatic.

Maşinile de găurit fixe, sau staţionare, sunt cele mai răspândite în sectorul

construcţiilor de maşini, principalele tipuri fiind următoarele:

- maşini de găurit verticale;

- maşini de găurit radiale;

- maşini de găurit în coordonate;

- maşini de alezat şi frezat orizontale.

5.3.1. Maşini de găurit verticale.

Aceste maşini se caracterizează prin dispunerea verticală a arborelui principal, fiind

cele mai răspândite pentru prelucrarea găurilor mici şi mijlocii (max = 80[mm]) de precizie

normală.

Principalele tipuri din această grupă sunt maşinile de găurit de masă, cu coloană şi

cu montant.

Maşinile de găurit de masă sunt maşini de dimensiuni mici, care se montează pe

socluri, mese sau bacuri de lucru, destinate prelucrării găurilor până la max = 16 [mm].

Având o construcţie şi o cinematică simplă, au cost redus. Mişcarea principală este

mecanizată, dar mişcările de avans şi de poziţionare se execută manual.

În figura 5.28 este prezentată o astfel de maşină care se compune din următoarele

elemente: 1-soclu de bază (masă, etc.); 2-placă de bază; 3-masă fixă; 4-arbore principal;

Fig.5.28

Fig.5.28

114

5-pinolă de avans; 6-corpul păpuşii; 7-

apărătoare; 8-motor electric de antrenare;

9-coloană de susţinere.

Mişcarea principală de rotaţie n a

arborelui principal se realizează, de obicei,

de la motorul electric 8, având una sau

două turaţii, printr-o transmisie cu curele

cu conuri în trepte, care permite reglarea

unui număr redus de turaţii. Inversarea

sensului mişcării se obţine prin motor.

Mişcarea de avans axial wa, executată

de pinolă, se realizează manual, de la

maneta m, prin diferite tipuri de

mecansime, în funcţie de mărimea şi

precizia mişcării.

Mişcările de poziţionare wp1 şi wp2, de reglare verticală şi unghiulară a poziţiei

corpului păpuşii 6, se execută de asemenea manual şi sunt prevăzute cu un sistem de

blocare pe poziţie.

În timpul prelucrării, după caz, piesa se ţine cu mâna sau se prinde într-o

menghină, care poate fi aşezată sau fixată pe masa 3.

Aceste maşini au o manevrabilitate bună, dar realizează precizii şi productivităţi

reduse, fiind recomandate pentru producţia de unicate.

Maşinile de găurit cu coloană şi cu montant sunt maşini de mărime mijlocie,

destinate prelucrării găurilor de diametre până la 40 [mm] şi respectiv 80 [mm], în piese de

dimensiuni mici şi mijlocii, care pot fi manevrate

manual.

Principiul constructiv şi cinematica acestor

maşini sunt asemănătoare. În figura 5.30 este

prezentată o maşină de găurit cu montant care se

compune din următoarele elemente:1-placă de

bază;2-consolă;3-masa maşinii; 4-montant;5-arbore

principal;6-pinolă de avans;7-capul (păpuşa) de

găurire; 8-motor electric de acţionare.

Mişacarea principală de rotaţie n este realizată de

arborele principal 5, în care se fixează scula, şi se

obţine de la motorul 8 prin cutia de viteze CV

amplasată în corpul păpuşii 7. Inversarea sensului de

rotaţie este realizată de regulă prin motorul electric.

Mişcarea de avans axial wa, executată de pinola

6, este mecanizată şi se realizează preluând mişcarea

Fig.5.29

Fig.5.29

Fig.5.30

115

de la arborele principal 5 prin cutia de avansuri CA. Ea poate fi însă acţionată şi manual.

Mişcările de poziţionare wp1 şi wp2, realizate mecanizat (wp1) şi manual (wp2),

servesc la reglarea distanţei dintre sculă şi piesă, în funcţie de mărimea piesei de

prelucrat.

La maşinile de găurit cu coloană în locul montantului se utilizează o coloană

cilindrică, aceasta având dezavantajul unei rigidităţi mai reduse, dar permiţând realizarea

unei mişcări de poziţionare suplimentară, de rotaţie a consolei 2 în jurul axei coloanei,

făcând posibilă chiar îndepărtarea mesei din spaţiul de lucru, în scopul aşezării pieselor de

înălţime mare direct pe placa de bază a maşinii. La multe tipuri de maşini cu coloană masa

este rotativă, permiţând deci încă o mişcare de poziţionare, care combinată cu prima este

foarte utilă la prelucrarea găurilor dispuse pe un cerc (caz frecvent întâlnit).

Accesoriile maşinilor de găurit pot fi împărţite în trei grupe: accesorii pentru

prinderea sculei, accesorii pentru prinderea piesei şi dispozitive speciale.

Prinderea sculei în arborele principal se realizează:

- pentru scule cu coadă con Morse - direct în conul Morse al arborelui, sau

indirect, prin intermediul reducţiilor con Morse;

- pentru sculele cu coadă cilindrică – utilizând mandrinele cu bacuri sau cu

schimbare rapidă.

Accesoriile pentru prinderea pieselor sunt: menghinele paralele, cu sau fără suport

rotativ, prismele pentru orientare, bridele de prindere şi dispozitivele speciale prevăzute cu

plăci de ghidare a sculelor (utilizate în producţia de serie).

Accesoriile speciale mai des întâlnite sunt mesele rotative şi capetele de găurit

multiaxe (cu arbori ficşi sau reglabili) utilizate în producţia de serie.

Aceste maşini sunt folosite atât pentru producţia individuală, cât şi la serii mici şi

mijlocii.

5.3.2. Maşini de găurit radiale.

Aceste maşini se folosesc la prelucrarea găurilor în piese de dimensiuni mari şi

grele, a căror manevrare este dificilă, fiind deci mai comodă reglarea poziţiei sculei faţă de

piesă decât invers.

Constructiv, ele se caracterizează prin faptul că păpuşa de găurit este amplasată

pe un braţ pe care se poate poziţiona radial, la rândul lui braţul fiind articulat de o coloană,

faţă de care se poate roti şi deplasa pe verticală. Aceste deplasări asigură mobilitatea

sculei în spaţiu, într-un sistem de coordonate cilindrice.

Cinematica de lucru a acestor maşini este principial aceeaşi ca la maşinile verticale,

diferite fiind doar mişcările de poziţionare.

Clasificarea maşinilor de găurit radiale se face, în principal, în funcţie de braţul

radial:

- după construcţia braţului radial, acesta poate fi monobloc (rigid) sau articulat;

116

- după mobilitatea braţului radial, acesta poate avea doar o mişcare de rotaţie în

jurul coloanei, asigurând reglarea poziţiei sculei în coordonate polare, sau poate avea şi o

deplasare pe verticală, permiţând deci reglarea poziţiei sculei în coordonate cilindrice.

Principiul constructiv şi cinematica maşinilor de găurit radiale cu braţ rigid şi dublă

mobilitate sunt prezentate în figura 5.31, în care s-au notat: 1-placă de bază; 2-coloană; 3-

baţ radial; 4-capul (păpuşa) de găurire; 5-pinolă de avans; 6-arbore principal; 7-masă.

Mişcarea principală n este executată de scula fixată în arborele principal 6, iar

mişcarea de avans axial wa de pinola 5, putând fi acţionată mecanic sau manual.

Mişcările de poziţionare sunt următoarele:

- wp1 – mişcarea de poziţionare verticală a braţului;

- wp2 – mişcarea de poziţionare unghiulară a braţului;

- wp3 – mişcarea de poziţionare radială a capului de găurire.

La unele maşini, capul de găurire poate avea încă o mişcare de poziţionare, de

rotaţie în jurul unei axe orizontale, făcând posibilă prelucrarea găurilor înclinate.

Masa maşinii, 7, este simplu aşezată pe placa de bază 1, ea putând fi uşor

înlăturată în vederea aşezării pieselor mari direct pe placa de bază.

5.3.3. Maşini de găurit în coordonate.

Aceste maşini sunt special concepute pentru prelucrări de mare precizie, atât

privind forma şi diametrul găurilor cât şi poziţia lor relativă, permiţând realizarea unor

toleranţe de ordinul micrometrilor.

Precizia ridicată a acestor maşini se datorează arborelui principal şi sistemului de

sănii pentru deplasarea mesei maşinii.

Fig.5.31

Fig.5.31

117

Arborele principal şi elementele montate pe el au o execuţie foarte îngrijită, cu

toleranţe strânse, fără mase excentrice care prin forţele centrifuge pe care le cauzează pot

determina apariţia vibraţiilor, o rigiditate mare printr-o supradimensionare corespun-

zătoare şi montare pe lagăre realizate cu rulmenţi de precizie şi rigiditate ridicată, selec-

ţionaţi. Toate acestea fac posibilă realizarea unor curbe directoare circulare foarte precise.

Condiţii similare sunt impuse la proiectarea şi execuţia pinolei, aceasta asigurând

conducerea arborelui principal în mişcarea de avans axial fără jocuri şi cu frecări reduse,

deoarece avansurile pe rotaţie minime au valori de ordinul micronilor.

Săniile au o construcţie rigidă şi sunt executate precis. Pentru reducerea forţelor de

frecare şi evitarea jocurilor în funcţionare, ghidarea lor se realizează pe ghidaje de

rostogolire de rigiditate mare, montate cu pretensionare, iar deplasarea lor în vederea

poziţionării se obţine utilizând şuruburi cu bile montate de asemenea cu pretensionare.

Pentru măsurarea precisă a deplasărilor pe axele de coordonate, săniile sunt prevăzute cu

sisteme de măsură de precizie ridicată (optice, electronice) având rezoluţia de 1-2 [m].

Sistemele moderne afişează cotele numeric, eliminând astfel erorile subiective de citire.

Sculele utilizate pe aceste maşini diferă de cele dimensionale, fiind de regulă bare

de alezat prevăzute cu un singur dinte aşchietor şi având posibilitatea reglării cotei

prelucrate cu ajutorul unui şurub micrometric.

Maşinile de găurit în coordonate pot fi cu un montant, la care capul de găurit nu

poate fi reglat în plan orizontal, masa deplasându-se după două coordonate rectangulare,

şi cu doi montanţi, la care capul de găurit se deplasează după o coordonată, iar masa

după cealaltă coordonată. Acestea din urmă sunt mai răspândite, deoarece sunt mai rigide

şi mai precise.

În figura 5.32 este prezentată o maşină de găurit în coordonate cu două coloane,

care se compune din:1-batiu; 2,9-

coloane;3-traversă;4-grindă de rigidiza-

re;5-cap de găurire;6-pinolă de avans;

7-arbore principal;8-masă.

Cinematica acestor maşini

realizează cele două mişcări de lucru:

mişcarea principală n, executată de

arborele principal 7 şi mişcarea de

avans axial wa , executată de pinola 6.

Mişcările de poziţionare sunt:

-wpt –de poziţionare transversală a

capului de găurit, realizată manual sau

mecanic;

-wpl –de poziţionare longitudinală a

mesei,realizată mecanic şi corectată

manual;

Fig.5.32

118

- wpv – de poziţionare verticală a traversei mobile, realizată mecanic.

Accesoriile acestor maşini sunt diverse

tipuri de suporţi portsculă, menghine şi bride

pentru prinderea pieselor, accesoriul cel mai

important fiind masa rotativă.

În vederea realizării preciziei de dispunere

a găurilor (distanţele dintre axe), în funcţie de

sistemul de coordonate în care s-a făcut

cotarea (fig.5.33), trebuie mai întâi stabilite

coordonatele punctelor de referinţă A (colţul

piesei) şi O (centrul cercului de dispunere a

găurilor), faţă de care se calculează apoi

coordonatele fiecărei găuri, utilizând în acest

scop relaţiile de conversie între cele două

sisteme de coordonate şi anume:

0

00000

2

0

2

00000

sin

cos

x

yarctgθθρy

yxρθρx

(5.13)

Distanţa dintre axe se calculează cu relaţia:

212

2

12 yyxxl (5.14)

Datorită preciziei ridicate, aceste maşini

sunt şi pretenţioase în exploatare, ele fiind

amplasate în ateliere speciale prevăzute cu

sistem de climatizare (temperatură, umiditate şi praf, controlate) şi fiind deservite de

personal cu înaltă calificare.

Având productivitate redusă, se folosesc pentru producţia de unicate, la fabricarea

SDV-urilor, a prototipurilor, etc.

5.3.4. Maşini de alezat şi frezat orizontale.

Maşinile de alezat şi frezat sunt maşini de dimensiuni mari, cu un grad mare de

universalitate deoarece permit efectuarea unor operaţii de găurire, de strunjire şi de

frezare, la o singură prindere a piesei pe maşină.

Principiul constructiv şi funcţional al acestor maşini este redat în figura 5.34, fiind

alcătuite din următoarele părţi componente:1-batiu; 2-montant principal; 3-sanie verticală;

4-cap de găurire şi frezare; 5-platou; 6-sanie radială; 7-arbore principal; 8-masă rotativă;

9-sanie transversală; 10-sanie longitudinală; 11-montant secundar; 12-lagăr.

Aceste maşini sunt echipate cu doi arbori principali care se rotesc cu turaţii diferite:

- arborele principal 7, care se roteşte cu turaţia n1 şi execută mişcarea de avans

longitudinal wl1; în acest arbore se montează sculele obişnuite pentru prelucrarea găurilor,

Fig.5.33

Fig.5.33

119

cele de tip bară de alezat pentru prelucrări interioare prin strunjire, şi frezele pentru

operaţii de frezare;

- platoul 5, care se roteşte cu turaţia n2 ; pe sania 6 a platoului se pot monta cuţite

de strung cu care se pot prelucra suprafeţe frontale, utilizând avansul radial wr.

Capul de găurire 4 poate executa mişcarea de avans sau poziţionare verticală, wv.

Piesa, care se prinde pe masa 8, poate executa mişcările de avans: circular wc,

transversal wt şi longitudinal wl2, care pot fi şi mişcări de poziţionare.

Mişcări strict de poziţionare sunt wp1 – de deplasare longitudinală a montantului

secundar 11 şi wp2 – de deplasare verticală a lagărului 12, care serveşte la reglarea

coaxialităţii lagărului cu arborele principal 7, pentru a face posibilă contrarezemarea

barelor de alezat de lungime mare, în scopul măririi rigidităţii şi creşterii preciziei de

prelucrare.

Posibilităţile de exploatare ale acestor maşini sunt foarte largi, putându-se efectua:

operaţii de burghiere, adâncire, alezare cu scule dimensionale; alezarea prin strunjire cu

bare de alezat; strunjiri de suprafeţe exterioare, interioare sau plane; frezări de suprafeţe

plane sau profilate; operaţii de filetare cu tarozi şi filiere, dar şi cu cuţite de filetat, etc.,

unele prelucrări putând fi realizate în mai multe moduri, oferind posibilitatea de a alege

modul cel mai potrivit de la o piesă la alta.

5.4. Maşini de frezat.

Maşinile de frezat sunt maşini-unelte concepute special pentru prelucrarea pieselor

prin procedeul frezării (fig.5.35), deşi cele universale permit aplicarea şi a altor procedee,

cum sunt găurirea, mortezarea sau chiar rectificarea.

Sculele pentru frezare sunt scule cu mai mulţi dinţi aşchietori, principalele tipuri de

freze fiind reprezentate în figura 5.37: a – freză cilindrică (L> d); b, c – freze cilindro-

Fig.5.34

Fig.5.34

120

frontale; d – cap de frezat; e – freză profilată; f – joc de freze; g – freză deget (L>>d); h –

freză disc profilată.

În funcţie de sensul mişcării de avans faţă de sensul vitezei principale de aşchiere,

se cunosc două metode de frezare: contra avansului şi în sensul avansului.

Frezarea contra avansului (fig.5.35, a) este mai avantajoasă privind angajarea

dinţilor în aşchie, dar forţa verticală de aşchiere tinde să smulgă piesa din dispozitivul de

prindere (dezavantaj). Metoda este recomandată la frezarea iniţială a pieselor turnate sau

forjate, care prezintă crustă dură.

Frezarea în sensul avansului

(fig.5.35,b) este defavorabilă angajării

dintelui în aşchie, dar forţa verticală este

orientată în jos, mărind stabilitatea piesei

în timpul lucrului. Orientarea forţei ori-

zontale în acelaşi sens cu viteza princi-

pală de aşchiere este un dezavantaj, de-

oarece poate determina vibraţii datorate

jocului axial din mecanismul de avans.

Clasificarea maşinilor de frezat se poate face după mai multe criterii, cel mai

relevant fiind însă după destinaţie, în funcţie de specificul pieselor prelucrate, după care

cele mai importante grupe sunt: maşini de frezat cu consolă; maşini de frezat plan; maşini

de frezat longitudinal; maşini de frezat specializate.

5.4.1. Maşini de frezat cu consolă.

Maşinile de frezat cu consolă sunt cele mai răspândite şi se caracterizează prin

faptul că masa de lucru, pe care se prinde semifabricatul, este montată pe o consolă care

ghidează pe batiu, având prin aceasta o rigiditate mai redusă. Pe acest principiu se

construiesc maşini de dimensiuni mici-mijlocii, destinate prelucrării pieselor de dimensiuni

mici şi forme complexe, pentru producţia de unicate şi serie mică.

După construcţie, maşinile de frezat cu consolă pot fi: orizontale, verticale şi

universale.

5.4.1.1. Principiul constructiv şi cinematic.

Cele mai răspândite sunt maşinile de frezat cu consolă, orizontale, universale, al

căror principu constructiv şi funcţional este prezentat în figura 5.36. Ele sunt alcătuite din

următoarele părţi componente: 1 - placă de bază; 2 - batiu; 3 - braţ suport; 4 - suport

contralagăr; 5 - arbore principal; 6 - masă; 7 - suport rotativ; 8 - sanie transversală; 9 -

consolă; 10 - sanie verticală.

Mişcările de lucru sunt următoarele:

- n – mişcarea principală de aşchiere, executată de arborele principal 5;

Fig.5.35

Fig.5.35

121

- wl – mişcarea de avans longitudinal, executată de masa maşinii 6;

- wt – mişcarea de avans transversal, executată de sania transversală 8;

- wv – mişcarea de avans vertical, executată de sania verticală 10, şi consola 9.

Mişcările de poziţionare sunt următoarele:

- wr – mişcarea de rotaţie a mesei în jurul unei axe verticale (suportul rotativ 7);

- wp1 – mişcarea de poziţionare a braţului 3;

- wp2 – mişcarea de poziţionare a suportului 4.

Cinematica maşinii conţine următoarele lanţuri cinematice, reprezentate structural

de asemenea în figura 5.36 şi anume:

- lanţul cinematic principal, având for-

mula structurală:

ME1 – CV – 5, n,

reglarea turaţiei realizându-se prin cutia

de citeze CV;

-lanţurile cinematice de avans, având

formulele:

ME2 – CA - 6, wl – avansul longitudinal;

- 8, wt – avansul transversal;

-10, wv – avansul vertical.

reglate prin cutia de avansuri CA şi inde-

pendente de lanţul cinematic principal.

De precizat, că mişcările de avans nu pot

fi comandate simultan, ci numai succe-

siv. Toate mişcările de avans sunt

utilizate şi ca mişcări de poziţionare.

Maşinile de frezat cu consolă ori-

zontale sunt echipate şi cu un cap verti-

cal de frezat, figura 5.36,b, compus din:

11-corp; 12-pinolă; 13-arbore principal

vertical;14-suport. Prin retragerea braţu-

lui 3,capul vertical poate fi fixat pe batiu

şi preluând mişcarea de la arborele

orizontal 5 o transmite arborelui principal

vertical 13.Corpul 11 poate fi rotit prin

mişcarea de poziţionare wp3, astfel încât mişcarea de avans a pinolei, wp, acţionată

manual, poate fi executată după o direcţie verticală sau înclinată (utilă la prelucrarea

găurilor înclinate). De precizat, că există capete de frezat nereglabile, care nu sunt

prevăzute cu pinolă şi suport rotativ.

Fig.5.36

122

5.4.1.2. Accesorii şi prelucrări specifice.

Accesoriile maşinilor de frezat cu consolă sunt:

- accesorii pentru prinderea sculei: reducţii (pentru prinderea sculelor cu coadă

conică); dornuri scurte şi lungi (pentru scule cu alezaj); bucşe elestice şi mandrine (pentru

scule cu coadă cilindrică de diametre mici);

- accesorii pentru prinderea pieselor: menghine simple, rotative şi înclinabile, cu

bacuri netede sau profilate; bride; dispozitive speciale;

- accesorii pentru prelucrări speciale: capete divizoare; mese rotative; capete

verticale cu antrenare rapidă: dispozitive de mortezat.

Prelucrările realizate pe maşinile de frezat cu consolă sunt de o mare diversitate,

unele mai reprezentative fiind prezentate în figura 5.37.

Suprafeţele plane orizontale pot fi prelucrate cu freze cilindrice (fig.5.37,a), cu freze

cilindro-frontale (la lăţimi mici) sau cu capete de frezat (fig.5.37,d) montate în capul vertical

(la lăţimi mari).

Suprafeţele plane verticale pot fi prelucrate cu freze cilindro-frontale (fig.5.37, b),

sau cu capete de frezat montate în arborele orizontal.

Suprafeţele plane înclinate se pot prelucra înclinând semifabricatul (fig.5.37, c),

înclinând capul vertical (mişcarea wp3), sau cu ajutorul frezelor unghiulare (fig.5.37, e).

Suprafeţele profilate se pot prelucra utilizând freze disc profilate (fig.5.37, h, pentru

lungimi mici ale profilului), sau cu freze combinate (fig.5.36, f, pentru profile complexe, de

lungime mare).

Canalele de diferite forme pot fi prelucrate utilizând freze deget (fig.5.36, g), freze

Fig.5.37

123

disc sau freze profilate (fig.5.36,e).

În afară de prelucrările prin frezare pe maşinile de frezat cu consolă universale

pentru sculărie (FUS-uri) se pot efectua şi operaţii de burghiere, adâncire, alezare cu scule

dimensionale, utilizând capul vertical; operaţii de mortezare, utilizând capul de mortezat şi

chiar prelucrări prin rectificare (utilizând capul cu antrenare rapidă, pentru sculă şi masa

rotativă, pentru piesă).

O categorie aparte de prelucrări, de complexitate mărită şi importanţă deosebită, o

constituie cele realizate cu accesoriul special denumit cap divizor, care se montează pe

masa maşinii şi serveşte la prinderea pieselor care necesită o mişcare de divizare sau

pentru generarea elicelor şi a spiralelor.

Capetele divizoare pot fi simple şi universale.

Principul funcţional şi schema cinematică a capului divizor universal sunt redate în

figura 5.38, în care s-au notat:1-arbore principal; 2-disc pentru divizare directă;3-indexor

pentru divizare directă;4-angrenaj melcat;5-articulaţie cardanică;6-liră pentru roţi de

schimb;7-roţi de schimb;8-indexor pentru

blocare;9-disc pentru divizare indirectă;

10-braţ manivelă;11-indexor pentru divi-

zare indirectă.

Discul 2 este prevăzut cu un singur

rând de găuri echidistante amplasate pe

un cerc, în care pătrunde indexorul 3.

Discul 9 este prevăzut cu mai multe

rânduri de găuri de numere diferite,

dispuse pe cercuri de raze diferite. De

asemenea, capul divizor este prevăzut

cu un set de trei discuri diferite, care pot

fi schimbate cu uşurinţă. Reglarea

indexorului 11 pe diferitele cercuri se

realizează prin reglarea lungimii braţului

10.

Mişcarea de divizare (de rotire cu un unghi determinat) a arborelui principal 1 se

poate realiza aplicând mai multe metode de divizare şi anume: divizarea directă; divizarea

indirectă simplă şi indirectă diferenţială.

Divizarea directă se realizează decuplând melcul z3 de roata melcată z4 şi utilizând

discul 2 şi indexorul 3, care se deplasează peste un anumit număr de găuri g, calculat cu

relaţia:

P

D

D

P

z

G

α

αg , (5.15)

în care P este unghiul de rotaţie necesar divizării piesei în zP părţi; D - unghiul la centru

Fig.5.38

124

între două găuri alăturate de pe disc; GD - numărul de găuri de pe disc. Metoda este

simplă, dar oferă posibilităţi reduse de divizare şi are precizie redusă.

Divizarea indirectă simplă se realizează cu roţile de schimb 7 demontate, cuplând

angrenajul melcat 4, decuplând indexorul 3, blocând cu indexorul 8 discul 9 şi rotind

manivela 10 cu un unghi determinat de trecerea indexorului 11 peste un anumit număr de

găuri g, pe unul din cercurile discului 9, având GD găuri. Mişcarea se transmite la arborele

principal 1 prin angrenajul cilindric z1 –z2 şi angrenajul melcat z3 –z4. Ecuaţia lanţului

cinematic este următoarea:

P

PMz

αz

z

z

zα

o360

4

3

2

1 , (5.16)

M fiind unghiul de rotaţie al manivelei, care poate fi exprimat în funţie de numerele de

găuri de pe disc, cu relaţia:

D

MG

gα o360 . (5.17)

Înlocuind relaţia (5.17) în relaţia (5.16) se obţine:

P

DD

z

GCg , (5.18)

în care 3

4

1

2

z

z

z

zCD reprezintă constanta capului divizor, având uzual valoarea CD = 40 (la

mesele rotative CD =90; 120). În relaţia (5.18) există două necunoscute; pentru rezolvare,

se recomandă scrierea ei sub forma:

DP

D

G

g

z

C . (5.19)

Descompunând CD şi zP în factori primi, se determină fracţia primă echivalentă

raportului CD /zP, care se amplifică apoi cu un număr întreg convenabil astfel încât la

numitor să avem un număr GD existent pe discurile capului divizor; numărătorul fracţiei

obţinute reprezintă numărul g de găuri peste care se deplasează indexorul 11.

Metoda divizării indirecte simple prezintă avantajele că oferă posibilităţi mai largi de

reglare şi asigură o precizie superioară, datorită demultiplicării mişcării prin angrenajul

melcat z3 – z4. Limitele de reglare ale metodei apar atunci când zP este un număr prim mai

mare decât cel mai mare număr GD; în acest caz se recurge la metoda de reglare

diferenţială.

Divizarea indirectă diferenţială se realizează deblocând discul 9 şi montând roţile de

schimb 7, prin care se realizează o legătură cinematică între arborele principal 1 şi discul 9

(o legătură de reacţie de mişcare). Reglarea se realizează de la manivela 10, iar în timpul

reglajului discul 9 se roteşte cu un unghi determinat de raportul de transmitere iRS al roţilor

de schimb. Notând cu MR – unghiul de rotaţie relativă al manivelei faţă de disc şi cu DA –

unghiul de rotaţie absolută al discului, se poate calcula unghiul de rotaţie absolută al

manivelei, MA, cu relaţia:

DAMRMA ααα . (5.20)

125

Considerând relaţiile (5.17) şi (5.19), putem scrie:

P

DMA

z

Cα o360 şi

Da

DMR

G

g

z

Cα oo 360360 , (5.21)

în care za este un număr apropiat de zP, dar care satisface relaţia (5.19).

Unghiul DA poate fi determinat scriind ecuaţia lanţului cinematic al buclei de

reacţie:

DARSMAz

z

z

zi

z

z

z

z

8

7

6

5

4

3

2

1 . (5.22)

Înlocuind relaţiile (5.21) şi (5.22) în relaţia (5.20), rezultă:

)( Pa

a

DRS zz

z

Ci , (5.23)

care împreună cu relaţia:

Da

D

G

g

z

C , (5.24)

servesc la reglarea capului divizor.

Prelucrarea canalelor elicoidale cu ajutorul capului divizor universal este posibilă pe

maşinile de frezat cu consolă universale, utilizând freze deget, sau freze disc.

Piesa de prelucrat se prinde pe masa maşinii în universalul capului divizor şi, pentru

piese lungi, cu rezemare în vârful unei păpuşi mobile (accesoriu al capului divizor), care se

fixează de asemenea

pe masa maşinii. Ca-

pul divizor se leagă ci-

nematic prin roţile de

schimb 7 (fig.5.39) de

şurubul mişcării de a-

vans longitudinal al

maşinii de frezat, 12.

Acesta primeşte de la

cutia de avansuri miş-

carea de rotaţie nş,

pentru realizarea miş-

cării de avans longitu-

dinal cu viteza wl. Miş-

carea nş se transmite

la piesă prin interme-

diul capului divizor,

determinând rotirea a-

cesteia cu turaţia nP,

care combinată cu

mişcarea wl, generea- Fig.5.39

126

ză elicea cu pasul pE. Deoarece viteza de avans wl este aceeaşi pentru toate elementele,

se poate scrie:

s

E

P

sEPssl

p

p

n

npnpnw . (5.25)

Scriind ecuaţia lanţului cinematic de mai sus:

PRSs nz

z

z

z

z

z

z

zin

4

3

2

1

8

7

6

5 , (5.26)

explicitând pe iRS şi ţinând cont de relaţia (5.25), se obţine:

E

sDRS

p

pCi , (5.27)

care reprezintă formula de reglare a capului divizor.

În cazul prelucrării mai multor canale elicoidale pe aceeaşi piesă, capul divizor

serveşte şi la divizarea piesei, aceasta putându-se realiza numai prin metoda indirectă

simplă.

În cazul utilizării frezelor disc, este necesar ca maşina să dispună de mişcarea de

poziţionare wr (fig. 5.36), în scopul rotirii piesei, pentru aducerea tangentei la elice în

planul frezei. Unghiul de rotire al mesei maşinii în mişcarea de poziţionare wr, se

calculează cu formula:

Ep

Dπarctgβ

. (5.28)

La prelucrarea canalelor spiral-arhimedice, pe suprafeţe plane, arborele principal al

capului divizor se aduce în poziţie verticală, iar pentru reglare se utilizează relaţia (5.27),

în care pE = psa (pasul spiralei).

Capul divizor poate fi utilizat şi la prelucrarea cremalierelor cu precizie ridicată de

pas, piesa fiind fixată pe direcţia longitudinală a mesei maşinii şi utilizând ca sculă o freză

deget montată în arborele principal vertical. Capul divizor, montat pe masa maşinii, are

discul 9 blocat, iar roţile de schimb 7 se montează între arborele său principal şi şurubul

maşinii de frezat, astfel încât, deplasând manivela 11 peste g găuri pe un cerc cu GD găuri,

mişcarea se transmite la masa longitudinală, care se va deplasa cu pasul cremalierei pc,

formul de reglare a roţilor de schimb fiind următoarea:

g

G

p

pCi D

s

cDRS . (5.29)

Prelucrări cu divizare se pot executa şi cu ajutorul meselor rotative, dar acestea nu

permit prelucrarea canalelor elicoidale şi spirale.

5.4.2. Maşini de frezat plan.

Aceste maşini sunt destinate prelucrării suprafeţelor plane şi profilate orizontale,

verticale sau înclinate, la piese de dimensiuni mijlocii-mari, în cadrul producţiei de serie.

Ele permit utilizarea unor regimuri de prelucrare intense, datorită rigidităţii mărite a mesei,

127

care se deplasează în plan, sau după o singură direcţie, fiind amplasată direct pe batiu.

Clasificarea lor se face după următoarele criterii:

- după poziţia arborelui principal, există: maşini orizontale şi verticale, cu unul sau

doi arbori;

- după numărul montanţilor, pot fi: cu un montant şi cu doi montanţi;

- după deplasările mesei, acestea pot fi: de translaţie după o singură direcţie, după

două direcţii (în plan) şi cu masă rotativă.

Cele mai răspândite sunt maşinile de frezat cu un montant. În figura 5.40,a este

prezentat principiul constructiv şi funcţional al maşinilor orizontale, cu masă deplasabilă

după o singură direcţie, care se compun din: 1-batiu; 2-masă mobilă; 3-arbore principal; 4-

pinolă de poziţionare; 5-cap de frezat; 6-montant.

Cinematica acestor maşini este simplă, conţinând următoarele mişcări:

- n – mişcarea principală de aşchiere, realizată de sculă;

- wl–mişcarea de avans longitudinal,executată de masa 2,amplasată direct pe batiu;

- wpt – mişcarea de poziţionare transversală, executată de pinola 4;

- wpv – mişcarea de poziţionare verticală, executată de capul de frezat 5.

În figura 5.40, b este prezentată o maşină verticală, cu un montant, cu masă

rotativă, care se compune din: 1-batiu; 2-sanie transversală; 3-masă rotativă; 4-arbore

principal; 5-cap de frezat; 6-montant.

Cinematica acestor maşini este formată din:

- n – mişcarea principală, realizată de arborele 4;

- wc – mişcarea de avans circular, realizată de masa rotativă 3;

- wpt – mişcarea de poziţionare transversală, realizată de sania 2;

- wpv – mişcarea de poziţionare verticală, realizată de capul de frezat 5.

Aceste maşini, mai ales cele de dimensiuni mari, cu doi montanţi, au productivitate

ridicată. La unele tipuri pe masă sunt prevăzute mai multe posturi de lucru şi unul sau mai

Fig.5.40

Fig.5.40

128

multe de alimentare, astfel că prelucrarea se poate realiza în mod continuu.

5.4.3. Maşini de frezat longitudinal.

Maşinile de frezat longitudinal, sau portal, sunt destinate prelucrării suprafeţelor

plane sau profilate, la piese de dimensiuni mari. Fiind dotate cu două până la patru capete

de frezat, care prelucrează simultan, aceste maşini au o productivitate foarte ridicată, fiind

utilizate în producţia de serie.

După modul de execuţie al mişcării de avans, aceste maşini pot fi: cu masă (piesă)

mobilă, sau cu portal (scule) mobile, cele mai răspândite fiind primele. Principiul lor cons-

tructiv şi funcţional este prezentat în figura 5.41, în care s-au făcut următoarele notaţii:

1-batiu; 2-masă longitudinală; 3,16-capete de frezat orizontale; 4-pinolă;5-arbore principal;

6-traversă mobilă; 7,15-montanţi; 8-grindă de rigidizare; 9,14-sănii transversale; 10,13-

capete de frezat verticale; 11,12-suporţi rotativi.

Cinematica maşinii realizează următoarele mişcări:

- n – mişcări principale de aşchiere, realizate independent prin lanţuri cinematice

proprii fiecărui cap de frezat;

- wl – mişcarea de avans longitudinal a mesei;

- wpt – mişcări de poziţionare transversale, realizate de pinole, la capetele

orizontale, şi de sănii la capetele verticale;

- wpv – mişcări de poziţionare verticale, realizate de pinole, la capetele verticale, şi

de capetele de frezat orizontale, precum şi de traversa mobilă 6;

Fig.5.41

Fig.5.41

129

- wpr – mişcări de poziţionare de înclinare a capetelor de frezat verticale, executate

de suporţii rotativi 11, 12.

Maşinile cu masă mobilă prezintă dezavantajul că la piese grele, forţele de frecare

fiind mari, precizia mişcării de avans este redusă, iar lungimea ghidajelor trebuie să fie

dublă faţă de lungimea mesei; aceste dezavantaje nu mai apar la maşinile cu portal mobil.

Un exemplu de prelucrare a unei piese de tip

carcasă este prezentat în figura 5.42. În funcţie de

lăţimea suprafeţei prelucrate, sculele folosite pot fi

freze cilindro-frontale sau capete de frezat.

5.4.4. Maşini de frezat specializate.

În această grupă se încadrează acele maşini concepute special pentru prelucrarea

prin frezare a unui anumit tip de suprafaţă, sau pentru generarea suprafeţei într-un anumit

mod. Cele mai importante sunt maşinile de frezat filete, maşinile de frezat prin copiere şi

maşinile de danturat prin frezare cu freză melc, acestea din urmă fiind tratate în alt capitol.

5.4.4.1. Maşini de frezat filete.

Prelucrarea filetelor prin frezare este mai productivă decât prin strunjire, dar mai

puţin precisă, fiind utilizată în producţia de serie pentru prelucrare finală sau numai pentru

degroşare.

După lungimea filetului prelucrat, maşinile de frezat filete pot fi împărţite în două

grupe:

- maşini de frezat filete scurte, utilizând o freză cilindrică profilată având mai multe

rânduri de dinţi dispuşi circular;

- maşini de frezat filete lungi, folosind o freză disc profilată.

Ambele grupe permit prelucrarea atât a filetelor exterioare cât şi a celor interioare

de diametre mijlocii-mari.

Principiul de lucru al maşinilor de frezat filete scurte este prezentat în figura

5.43.Scula este o freză profilată cu mai multe rânduri de dinţi dispuşi circular şi având

lungimea mai mare decât a piesei de prelucrat cu cel puţin doi paşi. Ea se roteşte cu

turaţia ns care asigură viteza principală de aşchiere vz:

Fig.5.42

Fig.5.42

130

1000

ssz

nDπv

[m/min], (5.30)

Ds [mm] fiind diametrul frezei. De asemenea, scula

execută mişcarea de avans radial wr, care determină în

final şi diametrele filetului prelucrat.

Piesa P, având iniţial formă cilindrică cu diametrul egal

cu diametrul exterior al filetului, execută o mişcare de

avans cicular wc , simultan cu o mişcare de avans axial

wl, prin combinarea celor două mişcări fiind generată ci-

nematic elicea directoare. Viteza de avans circular se de-

termină cu relaţia sdc nzsw (sd – avansul pe dinte şi

z – numărul de dinţi), iar cea de avans axial cu formula:

sdE

cl nzsDπ

pwαtgw

2

, (5.31)

în care: pE este pasul elicei filetului piesei, D2 – diametrul mediu al filetului, iar - unghiul

de înclinare a elicei filetului.

Principiul constructiv şi funcţional al maşinilor de frezat filete scurte este redat în

figura 5.44, în care s-au notat: 1-batiu; 2-sanie longitudinală; 3-păpuşă portpiesă; 4-arbore

port-piesă; 5-dispozitiv de prindere a piesei; 6-arbore principal portsculă; 7-cap de frezat.

Cinematica maşinii realizea-

ză următoarele mişcări:

-ns – mişcarea principală, executată

de arborele principal portsculă 6;

-wr – mişcarea de avans radial,

efectuată de capul de frezat 7;

-wc – mişcarea de avans circular,

realizată de arborele portpiesă 4;

-wa – mişcarea de avans axial,

realizată de sania longitudinală 2.

Mişcările wa şi wr sunt şi miş-

cări de reglare.

Ciclul de lucru al acestor maşini este automatizat, o piesă fiind prelucrată la o

singură trecere, lungimea cursei axiale fiind mică (puţin mai mare decât pE), astfel încât se

obţine o productivitate ridicată.

5.4.4.2. Maşini de frezat prin copiere.

Frezarea prin copiere permite realizarea unor suprafeţe profilate cu lungimea mare

a profilului. Materializat pe un şablon, model sau piesă etalon, profilul este transpus pe

piesă utilizând un dispozitiv de copiere, care generează suprafaţa piesei pe cale cinemati-

că, prin varierea şi corelarea mişcărilor de avans. Prin această metodă se pot prelucra

Fig.5.43

Fig.5.43

Fig.5.44

Fig.5.44

131

profile plane (came disc, frontale, etc.) sau profile spaţiale (suprafeţele matriţelor, ale

palelor elicelor de aviaţie, etc.)

Sculele folosite pentru prelucrare sunt frezele deget cilindrice (la copieri plane şi la

copierea canalelor) sau conice (la copierea suprafeţelor spaţiale).

Copierea se poate realiza la scară naturală (1:1) sau prin reducere la scară, mai rar

prin mărire.

După natura lor, dispozitivele de copiat pot fi: mecanice, hidraulice, electrice, etc.,

fiecare realizând performanţe specifice.

Principiul de lucru al maşinilor de frezat prin copiere mecanică este prezentat în

figura 5.45, în care s-au notat: 1-sanie longitudinală; 2-model; 3-palpator; 4-cap de frezat;

5-arbore principal portsculă; 6-piesa de prelucrat.

Piesa,o camă spaţială,şi modelul, 2,

având aceeaşi formă şi dimensiuni,

cu excepţia adâncimii canalului,

care este mai mare, sunt montate

pe un arbore lăgăruit în sania

longitudinală 1, care se poate de-

plasa axial pe ghidajul batiului.

Pentru prelucrare se

porneşte mişcarea principală a

frezei, n, se introduce palpatorul 3

(care are lungime mai mare decât

scula) în canalul modelului 2, se

porneşte avansul radial wr şi se pătrunde pe adâncimea de aşchiere t stabilită, după care

se porneşte mişcarea de avans circular wc. Palpatorul, urmărind canalul din model,

determină deplasarea axială wa a saniei 1, determinând reproducerea profilului pe piesa 6;

după o rotaţie, se reglează o nouă adâncime t şi se execută încă o trecere,ş.a.m.d., până

la prelucrarea canalului la adâncimea prescrisă.

Mecanismul de copiere este simplu, dar prezintă dezavantajul că forţele de

aşchiere sunt preluate de palpator, deci frecările şi uzurile sunt mari, obţinându-se o

precizie de prelucrare redusă. De asemenea, unghiul maxim de pantă al profilului este

limitat la cca. 60 .

Maşinile de frezat prin copiere cu pantograf, reprezintă o grupă distinctă de maşini

utilizate la prelucrări de mecanică fină.

Pantograful este un dispozitiv mecanic cu bare articulate, reprezentat schematic în

figura 5.46, având la bază mecanismul tip paralelogram deformabil ABCD, articulat în

punctul fix O. Dacă punctele G, F, E şi O sunt coliniare, montând în G un palpator care să

urmărească profilul curbei materializat pe un şablon, punctele F, E, în care se poate

monta scula de frezat (o freză deget), vor descrie curbele ’ şi respectiv ” asemenea cu

, dar, reduse la scară cu rapoartele de reducere:

Fig.5.45

Fig.5.45

132

OG

OEisi

OG

OFi ''' . (5.32)

Inversând locul sculei cu al palpatorului se

obţin rapoartele inverse, de multiplicare.

Rapoartele de transmitere de mai sus pot fi

reglate prin deblocarea culisei blocabile CB şi

modificarea distanţei OA . Pentru asigurarea

condiţiei de coliniaritate a punctelor O, E, F şi

G, pe barele OA, AD, DC şi CG sunt

prevăzute rigle gradate direct în valorile

raportului i.

Pe acest principiu s-au construit maşini

pentru prelucrarea profilelor plane, dar şi

pentru suprafeţe spaţiale.

Maşinile de frezat prin copiere cu pantograf prezintă în principiu aceleaşi avantaje şi

dezavantaje ca şi dispozitivele mecanice prezentate anterior, dar prin reducerea la scară

se reduc şi erorile profilului de pe şablon, astfel că ele asigură o precizie de prelucrare

superioară. Se utilizează la prelucrarea pieselor de dimensiuni mici şi la operaţii de

gravare mecanică.

Maşinile de frezat prin copiere dotate cu dispozitive de copiat hidraulice sau

electromecanice, reprezintă o grupă importantă de maşini de copiat destinată în principal

prelucrării suprafeţelor spaţiale de dimensiuni mari ale matriţelor de forjat şi a celor de

ambutisat (pentru caroserii, piese din tablă, etc.).

Dispozitivele de copiat utilizate pe aceste maşini fac parte din grupa sistemelor

automate de urmărire, prezentate pe scurt în subcapitolul 4.5.4. Palpatorul, care

explorează suprafaţa modelului, primeşte semnale de intrare sub forma unor deplasări

liniare, ce se transmit unui element traductor – amplificator - care le converteşte şi le

amplifică în putere, fiind apoi aplicate unui element de execuţie (motor) care realizează

deplasarea sculei pe aceeaşi traiectorie ca a palpatorului. Datorită amplificării foarte mari

de forţă (5·103104), forţa de palpare a modelului este foarte mică (1…30 [N]), astfel că

uzurile şi deformaţiile sunt mici, modelul putând fi fabricat din materiale mai uşor de

prelucrat (lemn, răşini sintetice, etc.).

Performanţele acestor dispozitive de copiat sunt superioare dispozitivelor

mecanice, ele putând prelucra profile cu unghi de pantă până la 90 cu o precizie de

ordinul sutimilor de milimetru şi la productivităţi mult mai mari.

Clasificarea maşinilor de frezat prin copiere se poate face după poziţia arborelui

principal (care dă şi direcţia principală de urmărire), în maşini orizontale şi maşini verticale;

şi după natura dispozitivului de copiere şi numărul de axe pe care viteza de avans variază

dependent de panta profilului (numărul de coordonate).

Fig.5.46

Fig.5.46

133

Principiul constructiv şi funcţional al maşinilor de frezat prin copiere orizontale este

redat în figura 5.47,a. Maşina se compune din următoarele elemente: 1-batiu; 2-sanie de

poziţionare; 3-masă; 4-suport piesă; 5-suport model; 6-traductor – amplificator; 7-cap de

frezat, 8-sanie verticală; 9-montant.

Cinematica maşinii realizează următoarele mişcări:

- n – mişcarea principală de aşchiere, executată de scula S;

- wc – mişcarea de copiere, efectuată de capul de frezat 7;

- wv – mişcarea de avans vertical, realizată de sania verticală 8;

- wt – mişcarea de poziţionare repetată, pas cu pas, pe direcţie transversală,

executată de masa 3;

- wpc – mişcare de poziţionare în vederea reglării adâncimii de prelucrare, executată

de pinola arborelui principal;

- wpM – mişcarea de poziţionare a mesei 3;

- wp – mişcarea de explorare a palpatorului.

Se cunosc mai multe scheme de lucru pentru prelucrarea suprafeţelor spaţiale, cea

mai răspândită fiind cea prezentată în figura 5.47,b.

Astfel curba generatoare G este prelucrată cu viteza de urmărire

vCUG www ,obţinută prin compunerea vitezei de copiere wc cu cea de avans vertical wv.

La capetele de cursă mişcarea wv schimbă sensul şi se execută deplasarea cu un pas st în

mişcarea de avans transversal wt, în continuare fiind prelucrată o generatoare alăturată,

ş.a.m.d, până la prelucrarea întregii suprafeţe.

Fig.5.47

134

Curba directoare este generată de mişcarea intermitentă tcUD www . Datorită

execuţiei intermitente a mişcării wt cu pasul st (avansul transversal) directoarea reală DR

diferă de cea teoretică DT, de pe model, fiind formată dintr-o succesiune de directoare

elementare în formă de arc de cerc având raza vârfului sculei.

Precizia de generare a curbei G depinde de precizia de urmărire a dispozitivului de

copiat, iar a curbei D depinde , în principal, de mărimea avansului st şi de raza la vârful

sculei.

5.5. Maşini de rabotat şi mortezat.

Procedeul de prelucrare prin rabotare se aseamănă cu cel al mortezării, ambele

folosind o sculă asemănătoare cuţitului de strung, diferenţa dintre cele două procedee

constând în faptul că mortezarea se utilizează cu precădere la prelucrarea suprafeţelor

interioare de dimensiuni mici, motiv pentru care scula este orientată pe direcţia de

deplasare, de obicei verticală. De asemenea, la ambele procedee mişcarea principală este

rectilinie alternativă, având o cursă de lucru (activă) şi una de întoarcere în poziţie iniţială

(pasivă), astfel încât productivitatea pe ciclu cinematic este mult redusă faţă de procedeele

cu aşchiere continuă.

5.5.1. Maşini de rabotat.

Maşinile de rabotat se utilizează în principal la prelucrarea suprafeţelor exterioare

plane (orizontale, verticale sau înclinate) şi a celor profilate, cu lungimi mici sau mari ale

profilului (curba G) şi lungimi mari ale suprafeţei (curba D).

Principiul procedeului de prelucrare prin rabotare a fost prezentat în

figura 2.4. Datorită impactului sculei cu materialul de prelucrat la fiecare

cursă, aceasta se confecţionează de regulă din oţel rapid şi este mai

robustă decât cuţitele de strunjit, fiind preferate cuţitele încovoiate

(fig.5.48), care preiau şocurile mai favorabil.

După elementul care execută mişcarea principală de aşchiere,

maşinile de rabotat sunt de două tipuri:

- maşini de rabotat cu cap mobil, sau sculă mobilă;

- maşini de rabotat cu masă mobilă, la care piesa execută

mişcarea principală.

După destinaţie, există maşini universale şi specializate (pentru prelucrarea

muchiilor tablelor, a suprafeţelor cilindrice şi de danturat).

După natura mecanismelor de antrenare, pot fi: mecanice sau hidraulice.

Fig.5.48

Fig.5.48

135

5.5.1.1. Maşini de rabotat cu cap mobil.

Maşinile de rabotat cu cap mobil, denumite şi maşini de rabotat transversal sau

şepinguri, sunt maşini universale utilizate în producţia de unicate sau serie mică, la

prelucrarea pieselor mici, a căror lungime nu depăşeşte 1000 [mm].

Principiul constructiv şi funcţional al şepingurilor mecanice este prezentat în

figura5.49.Ele se compun din următoarele elemente:

1 - placă de bază;

2 - batiu;

3 - cap mobil (berbec);

4 - cap rotativ;

5 - sanie portcuţit;

6 - suport portcuţit;

7 - sanie verticală;

8 - sanie orizontală;

9 – masă;

10 - reazem reglabil.

Cinematica maşinii este alcătuită din următoarele mişcări:

- v – mişcarea principală executată de scula S antrenată de capul mobil 3;

- wt – mişcarea de avans transversal, o mişcare intermitentă (pas cu pas), executa-

tă de piesa fixată pe masa 9;

- wS – mişcarea de avans a sculei, executată de sania portcuţit 5, după direcţie

verticală sau înclinată;

- wp1 – mişcarea de poziţionare a berbecului (de reglare a poziţiei capătului de

cursă al mişcării principale);

- wp2 – mişcarea de poziţionare a piesei (de reglare aproximativă a poziţiei piesei);

- wp3 – mişcarea de poziţionare unghiulară a capului rotativ 4 (de reglare a direcţiei

mişcării de avans wS);

- wp4 – mişcarea de poziţionare repetată a sculei, executată sincron cu cursele

mişcării principale v, în scopul eliminării frecării feţei de aşezare a sculei pe suprafaţa

prelucrată, la cursa de întoarcere a mişcării v.

Mişcarea principală v este realizată de lanţul cinematic principal alcătuit din: ME –

motor electric de antrenare; CV – cutie de viteze; MT – mecanism de transformare a

Fig.5.49

Fig.5.49

136

mişcării de rotaţie în mişcare de translaţie, cel mai utilizat fiind mecanismul cu culisă

oscilantă. Mişcarea principală necesită următoarele reglaje:

- poziţia cursei, reglată manual prin mişcarea wp1;

- lungimea cursei, reglată manual prin mecanismul cu culisă oscilantă;

- numărul de curse duble pe minut (frecvenţa mişcării), care se reglează prin cutia

de viteze CV.

Viteza medie de aşchiere v depinde de lungimea cursei Lc [mm], stabilită în funcţie

de lungimea suprafeţei de prelucrat, corelată cu numărul de curse duble pe minut nc, după

relaţia aproximativă:

1000

2 cnLv

[m/min]. (5.33)

Stabilirea nc se face cu ajutorul unei diagrame existentă la maşină, trasată pe baza

relaţiei (5.33).

Mişcările de avans wt şi wS sunt mişcări intermitente, pas cu pas, executate sincron

cu mişcarea principală v, la sfârşitul fiecărei curse de întoarcere. Ele sunt realizate de

mecanisme cu clichet combinate cu alte mecanisme, care permit reglarea mărimii pasului

şi a sensului de deplasare.

Datorită rigidităţii reduse, determinată de aşezarea mesei în consolă faţă de batiu,

precum şi lungimii variabile în consolă a berbecului, şepingurile asigură o precizie de

prelucrare redusă, fiind utilizate mai mult la lucrări de întreţinere-reparaţii.

5.5.1.2. Maşini de rabotat cu masă mobilă.

Maşinile de rabotat cu masă mobilă, denumite şi maşini de rabotat longitudinal, sau

raboteze, sunt destinate prelucrării suprafeţelor de lungimi mari şi lăţimi reduse, la piese

de dimensiuni mari şi foarte mari (lungimi de ordinul 1[m]).

La aceste maşini piesa, prinsă pe masa maşinii, execută mişcarea principală de

aşchiere, iar sculele, fixate în mai mulţi suporţi portcuţit, execută mişcările de avans.

Deplasarea mesei pe ghidajele batiului asigură acesteia o rigiditate mare şi constantă pe

toată lungimea cursei, astfel încât precizia de prelucrare este ridicată, ajungând la 0,02

[mm] / 3[m]; prin prelucrarea simultană cu mai multe scule se realizează o productivitate

mare, aceste maşini fiind recomandate pentru producţia de serie. La prelucrarea

suprafeţelor de lungime mare, rabotarea asigură performanţe de precizie şi productivitate

superioare frezării (procedeu rival).

Maşinile de rabotat longitudinal sunt de două tipuri: cu un montant şi cu doi

montanţi, acestea din urmă fiind mai răspândite, datorită performanţelor mai bune.

După natura mecanismelor pentru realizarea mişcării principale, rabotezele pot fi cu

acţionare electromecanică sau hidraulică.

Principiul constructiv şi funcţional al maşinilor de rabotat longitudinal cu doi

montanţi este prezentat în figura 5.50, în care sunt evidenţiate următoarele elemente:

137

1-batiu;2-masă longitudinală;3-sanie verticală;4-suport rotativ;5-sanie portcuţit;6-traversă

mobilă;7-montant;8,9-cărucioare superioare;10-grindă de rigidizare;11-cărucior lateral;S1,

S2 , S3 , S4-suporţi portcuţit.

Masa 2 execută mişcarea principală de aşchiere,v, deplasându-se pe ghidajele

batiului 1 care au o lungime dublă faţă de lungimea mesei.

Pe ghidajele verticale ale montanţilor 7, lateral faţă de masa 2, sunt dispuse două

cărucioare laterale care poartă suporţii portsculă S1 şi S4.Pe aceleaşi ghidaje se poate

poziţiona pe verticală traversa 6, care susţine cărucioarele superioare 8 şi 9 pe care se

află amplasaţi suporţii portcuţit S2 şi S3.

Cinematica maşinii permite realizarea următoarelor mişcări:

- v - mişcarea principală de aşchiere, o mişcare rectilinie alternativă;

- wv1…wv4 – mişcări de avans vertical;

- wt1…wt4 – mişcări de avans transversal;

- wp1…wp4 – mişcări de poziţionare unghiulară;

- wp5 – mişcarea de poziţionare verticală a traversei mobile 6.

Toate mişcările de avans sunt mişcări intermitente (pas cu pas) realizate sincron cu

ajutorul unor mecanisme cu clichet, executate la sfârşitul cursei de întoarcere a mişcării v.

Mişcările de poziţionare unghiulară permit reglarea direcţiilor de deplasare ale

săniilor portcuţit, astfel încât mişcările de avans ale acestora pot fi realizate pe direcţie

orizontală, verticală sau înclinată.

Fig.5.50

Fig.5.50

138

Prelucrările realizate pe maşinile de rabotat longitudinal permit obţinerea aceloraşi

tipuri de suprafeţe ca pe şepinguri, adică plane orizontale, verticale sau înclinate, canale

de diferite forme; suprafeţele profilate se pot prelucra cu scule profilate (pentru lungimi

mici ale profilului), prin descompunerea profilelor complexe în suprafeţe simple, sau prin

utilizarea unor dispozitive speciale, cum sunt cele pentru prelucrarea suprafeţelor circulare

(cilindrice) cu rază mare sau mică.

5.5.2. Maşini de mortezat.

Mortezarea este prelucrarea prin aşchiere la care mişcarea principală (rectilinie

alternativă) este executată de sculă într-un plan vertical, iar mişcările de avans sunt

efectuate de piesă.

Principiul prelucrării prin mortezare rezultă din figura 5.51. La prelucrarea unui ca-

nal de pană (fig.5.51,a) scula S, având

lăţimea canalului, execută mişcarea

principală v, iar piesa mişcarea

intermitentă de avans transversal wt. La

prelucrarea unui butuc canelat

(fig.5.51,b), după prelucrarea unui canal,

piesa execută mişcarea de divizare wd,

în vederea prelucrării canalului următor.

Clasificarea maşinilor de mortezat

se poate face după mărime (în funcţie de

lungimea cursei berbecului ), după

construcţia şi posibilităţile de reglare ale

capului de mortezat, acesta putând fi: fix,

înclinabil şi reglabil vertical, şi după natu-

ra mecanismelor de acţionare, care pot fi: mecanice sau hidraulice.

Cele mai răspândite sunt maşinile de mortezat mecanice cu cap înclinabil, având

principiul constructiv şi funcţional reprezentat în figura 5.52, în care s-au notat: 1-batiu; 2-

montant; 3 - suport rotativ; 4 - berbec; 5 - suport portcuţit; 6 - masă rotativă; 7 - sanie

longitudinală; 8 - sanie transversală.

Capul de mortezat este format din suportul rotativ 3 şi berbecul 4.

Cinematica maşinii realizează următoarele mişcări:

-v – mişcarea principală, executată de berbecul 4;

- wc – mişcarea de avans circular, executată de masa rotativă 6;

- wl – mişcarea de avans longitudinal, efectuată de sania longitudinală 7;

- wt – mişcarea de avans transversal, executată de sania transversală 8;

- wp1 - mişcarea de poziţionare a berbecului;

Fig.5.51

Fig.5.51

139

- wp2 – mişcarea de poziţionare de înclinare a capului de mortezat, executată de

suportul rotativ 3.

Reglajele necesare mişcării

principale v sunt aceleaşi ca la

şepinguri.

Mişcările de avans sunt mişcări

intermitente realizate sincron cu

mişcarea principală v. Ele pot fi

utilizate şi ca mişcări de poziţionare, în

acest caz fiind executate ca mişcări

continue.

La unele maşini masa 6 este de

tip masă divizoare, permiţând şi

realizarea de mişcări de divizare de

precizie ridicată.

Mişcarea de poziţionare wp2 per-

mite reglarea direcţiei mişcării prin-

cipale într-un plan vertical, fiind utilă la

prelucrarea suprafeţelor înclinate.

Având o cinematică mai complexă, maşinile de mortezat oferă posibilităţi de

prelucrare mai largi decât şepingurile sau rabotezele, datorită mişcărilor suplimentare wc şi

wp2.

5.6. Maşini de broşat.

Maşinile de broşat sunt maşini-unelte specializate în realizarea pieselor prin

procedeul broşării.

Principiul broşării a fost prezentat în figura 2.8, pentru un caz concret, dar

prelucrările prin broşare sunt de o mare diversitate, prin acest procedeu putându-se

prelucra atât suprafeţe interioare cât şi exterioare, circulare sau plane, simple sau

profilate, la o precizie dimensională, de formă şi de poziţie de ordinul 0,01 [mm] şi cu

productivităţi foarte mari.

Elementul cel mai important din cadrul unui sistem tehnologic de prelucrare prin

broşare este scula aşchietoare (broşa), care determină direct precizia de prelucrare,

aceasta fiind de regulă o sculă dimensională, profilată, fabricată din oţel rapid.

Fig.5.52

Fig.5.52

140

După natura mişcării principale broşele pot fi de două tipuri: liniare, realizând

prelucrarea printr-o mişcare de translaţie (fig.2.8), şi circulare, la care mişcarea principală

este o mişcare de rotaţie (fig.5.106).

De obicei, prelucrările prin broşare se realizează dintr-o singură trecere, utilizând o

sculă singulară; atunci când aceasta ar avea însă o lungime prea mare, de aici decurgând

o serie de dezavantaje legate de posibilitatea de realizare a broşei la precizia necesară,

rigiditatea redusă şi exploatarea greoaie (sau chiar imposibilă), se recurge la soluţia set de

broşe, prelucrarea realizându-se din mai multe treceri.

Maşinile de broşat au o cinematică simplă şi o construcţie robustă, impusă de

forţele de aşchiere care au valori foarte mari ( 104… 105 [N]). Caracteristicile principale

ale maşinilor de broşat sunt: lungimea maximă a cursei broşei şi forţa maximă de tragere.

Cele mai răspândite sunt maşinile de broşat liniar, care după direcţia de execuţie a

mişcării principale pot fi orizontale şi verticale (mai rar înclinate).

Maşinile de broşat orizontale se utilizează în principal la prelucrarea suprafeţelor

interioare, care necesită scule de lungimi mari.

Principiul constructiv şi funcţional al acestor maşini este prezentat în figura 5.53, în

care s-au evidenţiat următoarele elemente: 1 - batiu; 2 - braţ suport; 3 - suport portbroşă;

4 – broşă (scula); 5 – dispozitiv de prindere a piesei; 6 – dispozitiv de prindere a broşei; 7

– motor hidraulic de acţionare; GH – grup hidraulic.

Broşa, introdusă prin piesă (prevăzută cu un alezaj iniţial apropiat de dimensiunile

suprafeţei prelucrate) este fixată în dispozitivul de prindere şi acţionare 6, iar la celălalt

capăt este rezemată pe suportul mobil 3, care se deplasează odată cu scula pe ghidajele

braţului 2.

Acţionarea maşinilor de broşat se realizează aproape în exclusivitate cu sisteme

hidraulice, deoarece acestea corespund cel mai bine cerinţelor acestor maşini. La maşina

prezentată, acţionarea capului de lucru 6 este asigurată de motorul hidraulic 7, alimentat

de grupul hidraulic GH. Reglarea vitezei principale de aşchiere v (între 3…10 [m/min]) se

realizează utilizând pompe de debit reglabil, lungimea şi poziţia cursei – cu ajutorul

Fig.5.53

Fig.5.53

141

limitatoarelor de cursă, iar inversarea sensului (pentru aducerea sculei în poziţia iniţială) –

cu ajutorul distribuitoarele hidraulice, sau utilizând pompe reversibile.

Maşinile de broşat verticale se construiesc mai ales pentru prelucrarea suprafeţelor

exterioare, dar şi ca maşini de broşat universale, putând prelucra atât suprafeţe exterioare

cât şi interioare. Ele prezintă avantajul că ocupă o suprafaţă de producţie mai mică şi au o

deservire mai uşoară.

Principiul constructiv şi funcţional al maşinilor verticale de broşat este redat în

figura5.54,în care s-au notat: 1 - batiu; 2 - masă reglabilă; 3-dispozitiv de prindere a piesei;

4-sanie portsculă; 5-montant.

Sania portsculă 4 execută mişcarea

principală de aşchiere v, iar masa 2 miş-

carea de poziţionare wp. Aceste maşini

pot lucra şi în ciclu semiautomat: iniţial

masa 2 este retrasă în vederea schimbă-

rii piesei, după care aceasta se apropie

în mişcare wp până în poziţia prestabilită

unde se blochează şi se comandă cobo-

rârea saniei 4 în mişcarea v; la termina-

rea cursei active se retrage masa 2, iar

apoi şi sania 4, în vederea evitării frecării

sculei de piesă la cursa de întoarcere.

Pe sania 4 se poate monta la partea

inferioară un dispozitiv de prindere a

broşelor de interior, astfel încât maşina

capătă un caracter universal.

Pentru fabricaţia de serie foarte mare sau de masă se construiesc maşini de broşat

speciale, cu prelucrare continuă, la care broşa este fixă, iar piesele, fixate în dispozitivele

de prindere, sunt trecute succesiv prin dreptul sculei, unde are loc prelucrarea.

Dispozitivele de prindere ale pieselor sunt fixate pe o masă rotativă sau pe un lanţ special

cu deplasare continuă, schimbarea semifabricatului făcându-se din mers.

5.7. Maşini de rectificat.

Maşinile de rectificat sunt maşini specializate în efectuarea prelucrărilor de aşchiere

prin procedeul rectificării (fig.2.9).

Rectificarea este utilizată în vederea prelucrărilor de finisare a suprafeţelor pieselor

tratate termic sau nu, permiţând realizarea celor mai ridicate precizii dimensionale şi de

formă ( 0,001[mm]) şi a unor rugozităţi Rz 1 [m]. Aceste performanţe se obţin datorită

adaosului de prelucrare mic ( 0,1[mm]), specificului de lucru al sculelor aşchietoare, care

Fig.5.54

Fig.5.54

142

desprind aşchii de grosime foarte mică distribuite aleator pe suprafaţa prelucrată, precum

şi rigidităţii şi preciziei geometrice ridicate a sistemului tehnologic de prelucrare, în special

a maşinii-unelte.

5.7.1. Scule abrazive.

Sculele aşchietoare folosite la rectificare se numesc corpuri sau pietre abrazive. Ele

sunt formate din (fig.5.55): 1 - particule abrazive; 2 - liant solid; 3 - pori.

Particulele abrazive se clasifică după mărime în: granule

abrazive (2500…160 [m]), pulberi abrazive (160…40 [m]) şi

micropulberi abrazive (40…3 [m]). La fabricarea corpurilor

abrazive se utilizează granulele şi pulberile abrazive.

Materialele folosite la fabricarea particulelor abrazive pot fi

împărţite în trei grupe:

- pe bază de oxizi de aluminiu naturali sau sintetici:

corindon, electrocorindon, şmirghel, abrazit, etc.;

- pe bază de siliciu: cuarţ, cremene, gresie, sticlă, etc.;

- pe bază de carbon: diamant, carbură de siliciu (carborund), carbură de bor, etc.

Liantul are rolul legării particulelor abrazive între ele şi menţinerii formei corpului

abraziv. După natura lor lianţii pot fi:

- anorganici (sau ceramici), cel mai des un amestec de argilă, feldspat, cuarţ şi

caolin, care se sinterizează la 1200…1300C;

- organici, pe bază de lacuri (şerlac), bachelită sau cauciuc natural sau sintetic.

Liantul este elementul care dă pietrei abrazive caracteristica de duritate, care

reprezintă capacitatea de menţinere a granulelor uzate, sub acţiunea forţelor exterioare.

Se cunosc cinci grupe de duritate notate cu litere ale alfabetului latin şi înscrise pe corpul

abraziv: foarte moale (E, F, G); moale (H, I, J, K); mijlocie (L, M, N, O); tare (P, Q, R, S) şi

foarte tare (T, U, V, Z).

Duritatea unui corp abraziv prezintă o importanţă foarte mare privind fenomenul de

autoascuţire, care constă din desprinderea particulelor uzate ca urmare a creşterii forţelor

de aşchiere şi refacerea automată a capacităţii de aşchiere a corpului abraziv. Pentru ca

acest fenomen să fie folositor, duritatea pietrei trebuie să corespundă materialului de

prelucrat şi regimului de lucru. De regulă, pietrele abrazive dure se folosesc la rectificarea

materialelor moi, iar cele moi pentru materiale dure, excepţie făcând materialele foarte moi

(neferoase) care se rectifică cu pietre foarte moi şi poroase.

Porii corpului abraziv prezintă o importanţă deosebită, deoarece ei servesc ca spaţii

de acumulare a aşchiei şi totodată asigură pătrunderea lichidului de răcire-ungere cât mai

aproape de muchiile aşchietoare active. La pietrele normale porii au mărimea granulelor

abrazive şi ocupă cca. 50 [%] din volumul pietrei, iar la cele poroase ajung la cca. 75 [%]

din volum.

Fig.5.55

Fig.5.55

143

După un anumit timp de prelucrare, funcţie de regimul de lucru, porii sculei se

înfundă (îmbâcsesc) cu materialul prelucrat, corpul abraziv pierzându-şi capacitatea de

aşchiere: debitul de aşchii scade, frecările şi forţele de aşchiere cresc, temperatura de

asemenea, apărând arsuri pe suprafaţa prelucrată. Refacerea capacităţii de aşchiere a

sculei se realizează îndepărtând stratul superficial cu ajutorul unui vârf de diamant, sau de

carbură dură, sau cu ajutorul unui corp abraziv cu granulaţie mai fină şi duritate mai mare,

refăcându-se cu această ocazie şi forma geometrică a corpului abraziv. Această operaţie

se numeşte de îndreptare a corpului abraziv.

În figura 5.56 sunt prezentate diferite forme de corpuri abrazive: discuri abrazive (a-

cilindric, b – profilat, c – taler); pietre oală

(d – cilindrică, e – tronconică); bare

abrazive (de diferite forme ale secţiunii,

f…j ); pietre cu tijă, pentru rectificări

interioare (de diferite forme şi mărimi,

k…n ).

Discurile şi oalele abrazive sunt

prevăzute cu alezaj de diametru mic sau

mare şi se montează direct sau indirect

pe arborele maşinii, cu ajutorul unor

flanşe de prindere şi a unor

contragreutăţi de echilibrare; barele

abrazive se montează sub formă de

segmenţi pe capete de rectificat, iar

pietrele cu coadă se prin în bucşe

elastice.

Clasificarea maşinilor de rectificat se poate face după mai multe criterii, cel mai

important fiind tipul suprafeţei prelucrate, după care se cunosc:

- maşini de rectificat rotund (suprafeţe de revoluţie), cilindrice sau profilate,

exterioare sau interioare, cu prinderea piesei între vârfuri sau fără centre;

- maşini de rectificat plan, cu periferia discului sau cu partea frontală a acestuia;

- maşini de rectificat speciale: pentru filete, roţi dinţate, arbori cotiţi, arbori cu came,

prin copiere, de ascuţit scule, etc.

Dintre acestea, în continuare vor fi prezentate cele mai răspândite şi anume:

maşinile de rectificat rotund universale; maşinile de rectificat rotund fără centre; maşinile

de rectificat rotund interior cu cap de prindere; maşinile de rectificat interior planetare;

maşinile de rectificat plan cu periferia discului abraziv (orizontale); maşinile de rectificat

plan frontale (verticale); maşinile de rectificat filete şi maşinile de rectificat prin copiere.

Fig.5.56

Fig.5.56

144

5.7.2. Maşini de rectificat rotund.

Aceste maşini sunt concepute pentru prelucrarea suprafeţelor circulare (de

revoluţie) fiind de mai multe tipuri şi anume:

- maşini de rectificat rotund exterior, care pot fi:

- cu prinderea piesei între vârfuri;

- fără centre.

- maşini de rectificat rotund interior, care sunt:

- cu cap de prindere a piesei;

- planetare.

- maşini de rectificat universale, care permit prelucrarea suprafeţelor exterioare şi

interioare.

Maşinile de rectificat rotund exterior cu prinderea piesei între vârfuri pot prelucra

suprafeţe cilindrice, conice, profilate (scurte) şi frontale, cu productivitate ridicată. Ele se

construiesc în două variante; cu masă mobilă (pentru piese mici) şi cu păpuşă portpiatră

mobilă (pentru piese cu gabarit mare). Unele modele, utilizând accesorii speciale, pot

prelucra şi suprafeţe interioare.

5.7.2.1. Maşini de rectificat rotund universale.

Aceste maşini sunt destinate prelucrării suprafeţelor cilindrice, conice, profilate şi

frontale, exterioare şi interioare, la piese de dimensiuni mici-mijlocii, cu prindere între

vârfuri, atât pentru unicate cât şi pentru producţia de serie.

Principiul de lucru al acestor maşini, particularizat pentru rectificarea unei suprafeţe

exterioare a fost prezentat în figura 2.9.

Principiul constructiv şi funcţional al maşinilor de rectificat rotund universale este

prezentat în figura 5.57, cu referire la maşina RU 100, de fabricaţie românească. Ea este

alcătuită din următoarele elemente: 1 – batiu; 2 – sanie longitudinală; 3 – masă; 4 –

păpuşă mobilă; 5 – pinolă; 6 – sanie radială; 7 – păpuşă portpiatră; 8 – dispozitiv de

rectificat interior; 9 – păpuşă portpiesă; 10 – placă de bază; 11 – instalaţie de recirculare a

lichidului de răcire-ungere.

Dispozitivul de rectificat interior 8 este un accesoriu normal al acestor maşini. El se

montează pe păpuşa portpiesă 7 şi constă dintr-o broşă de rectificat, în care se fixează

scula, antrenată de la un motor propriu, printr-o transmisie multiplicatoare de turaţie cu

curea lată. Broşa este fixată pe un braţ articulat, care permite aducerea sau îndepărtarea

ei din poziţia de lucru, fără demontarea dispozitivului.

Cinematica maşinii permite realizarea următoarelor mişcări:

- n – mişcarea principală de aşchiere, executată de piatra de rectificat, având viteza

periferică v = (25…35) [m/s];

- wc – mişcarea de avans circular, executată de arborele portpiesă, asigurând piesei

o viteză periferică maximă de (10…12) [m/min], în ambele sensuri, reglabilă continuu

145

printr-un variator electric de

turaţie.

- wl – mişcarea de avans

longitudinal, o mişcare rec-

tilinie-alternativă realizată

de sania 2, acţionată hidra-

ulic;

- wr – mişcarea de avans

radial, o mişcare inter-

mitentă realizată la

capetele de cursă ale

mişcării wl , cu pas reglabil

între (0,01…0,1)[mm/cursă]

(la degroşare) şi între

(0,005…0,015) [mm/cursă]

(la finisare), executată de

sania radială 6, combinată

cu o mişcare de poziţionare

radială, wpr, de apropiere-

îndepărtare pe o cursă

constantă de 40 [mm];

- wp1 – mişcarea de poziţionare axială a păpuşii portpiesă 9, executată de placa de

bază 10;

- wp2 – mişcarea de poziţionare axială a păpuşii mobile;

- wp3 – mişcarea de potiţionare de rotaţie în jurul unei axe verticale, executată de

păpuşa portsculă 7;

- wp4 – mişcarea de poziţionare de rotaţie în jurul unei axe verticale, executată de

păpuşa portpiesă 9;

- wp5 – mişcarea de poziţionare de rotaţie în jurul unei axe verticale , executată de

masa maşinii 3.

Mişcările de lucru pot fi realizate manual sau în ciclu semiautomat (în cazul

producţiei de serie).

Prelucrările specifice executate pe aceste maşini sunt următoarele:

- prelucrarea suprafeţelor cilindrice exterioare şi interioare, utilizând avansul

longitidinal wl şi radial wr (fig.2.9);

- prelucrarea suprafeţelor conice, prin mai multe metode (fig. 5.58):

- prin rotirea păpuşii portpiesă 9 în mişcarea de poziţionare wp4, utilizând

avansurile longitudinalwl şi radial wr (fig.5.58,a), metodă aplicată la prelucrarea pieselor

scurte cu conicităţi mari;

Fig.5.57

Fig.5.57

146

- prin rotirea mesei 3

în mişcarea de poziţionare

wp5, utilizând avansurile

longitudinal wl şi radial wr

(fig.5.58,b), metodă aplicată

la prelucrarea pieselor lungi

cu conicităţi mici ( 6);

- prin rotirea păpuşii

portpiatră în mişcarea wp3,

utilizând avansul radial wr,

metodă aplicată la

prelucrarea suprafeţelor

scurte (mai mici decât

lăţimea pietrei abrazive) cu

conicităţi mici-mijlocii;

- prelucrarea suprafeţelor profilate scurte, utilizând o piatră profilată şi mişcarea de

avans radial wr (fig.5.59);

- prelucrarea suprafeţelor plane frontale (a umerilor)

utilizând partea laterală a pietrei şi avansul radial wr sau

prin rotirea păpuşii portpiesă 9 (mişcarea wp4 ) cu un unghi

de 90 şi utilizând avansul longitudinal wl (la prelucrarea

suprafeţelor plane frontale la piese de revoluţie).

5.7.2.2. Maşini de rectificat rotund fără centre.

Sunt maşini de productivitate foarte mare destinate producţiei de serie mare şi

masă, utilizate mai ales la prelucrarea suprafeţelor cilindrice exterioare şi interioare, dar şi

a celor profilate, la piese de dimensiuni mici şi forme simple.

Principiul prelucrării suprafeţelor exterioare cilindrice este redat în figura 5.60, în

Fig.5.58

Fig.5.58

Fig.5.59

Fig.5.59

147

care s-au notat:1-piatră de rectificat (sculă);2-piesă;3-piatră pentru antrenare;4-riglă de

conducere.

Piatra de rectificat 1

are granulaţia şi dia-

metrul mai mari decât

discul de antrenare 3,

ambele rotindu-se în

acelaşi sens cu

turaţiile nP na.Piesa 2

este aşezată pe rigla

de conducere 4,având

centrul supraînălţat faţă de linia centrelor celor două pietre abrazive. Datorită granulaţiei

mai fine, discul de antrenare 3 antrenează piesa cu un moment de frecare mai mare decât

cel de aşchiere, determinat de discul 1, astfel că piesa va căpăta o mişcare de avans

circular wc , având sensul şi modulul lui va. Datorită vP va, piesa coboară aparent cu viteza

vR, menţinându-se astfel în contact permanent cu rigla 4.

Piatra de antrenare 3 poate avea axa paralelă sau înclinată cu unghiul = (2…6)

faţă de axa pietrei 1. Dacă = 0, prelucrarea se realizează cu avansul radial wr executat

de piatra 1 sau 3. Dacă 0, viteza de antrenare va se descompune în două componente:

wc , care reprezintă avansul circular şi wl – avansul longitudinal al piesei. Datorită distanţei

variabile dintre generatoarele celor două pietre, pe măsură ce piesa se deplasează axial în

mişcarea wl , apare şi o mişcare aparentă de avans radial, cota prelucrată pe piesă fiind

determinată de distanţa minimă dintre discuri corespunzătoare normalei comune în

punctul A.

Se constată că metoda are o cinematică simplă şi eficientă, iar piesa nu este prinsă

într-un dispozitiv ci se autoaşează pe rigla 4, primind automat mişcările de avans.

Principiul constructiv şi

funcţional al maşinilor de recti-

ficat fără centre este prezentat

în figura 5.61, în care s-au

notat: 1-batiu; 2-sanie radială;

3-păpuşă de antrenare;4-pia-

tră de antrenare; 5,9-dispozitiv

de îndreptare a pietrelor;6-ri-

glă de conducere; 7-piatră de

rectificat; 8-păpuşă portpiatră

de rectificat.

Pe aceste maşini se prelu-

crează în general suprafeţe

Fig.5.60

Fig.5.60

Fig.5.61

148

exterioare, prin două metode:

- cu avans longitudinal ( 0), în acest caz putându-se prelucra numai piese simple

cu un singur diametru, sau piese în trepte numai la diametrul maxim;

- cu avans radial ( = 0), în acest caz putându-se prelucra şi piesele în trepte la

diametrele mici.

Cu ajutorul unor role de ghidare a piesei se pot realiza şi prelucrări interioare.

Deservite de sisteme de alimentare automată cu semifabricate, aceste maşini

prelucrează continuu, asigurând cele mai mari productivităţi posibile.

De asemenea, aceste maşini utilizează frecvent sisteme de control activ al cotei

prelucrate, piesele fiind măsurate continuu la ieşirea de pe riglă şi, în funcţie de evoluţia

cotei, maşina primeşte comenzi de deplasare radială pentru compensarea uzurii pietrelor

abrazive şi încadrarea diametrului în toleranţa prescrisă.

5.7.2.3. Maşini de rectificat rotund interior cu cap de prindere.

Aceste maşini se utilizează la prelucrarea alezajelor cilindrice, conice sau profilate,

cu diametre mici (5…500 [mm]) şi lungime maximă de 500 [mm], precum şi la prelucrarea

suprafeţelor frontale interioare.

Principiul rectificării interioare obişnuite

este prezentat în figura 5.62. Piesa, prinsă în

dispozitivul de prindere de tip universal sau

într-un dispozitiv special, execută mişcarea de

avans circular wc , iar scula execută mişcarea

principală n şi mişcările de avans longitudinal

wl şi radial wr , într-un cilcu asemănător celui

de la rectificarea exterioară.

Principiul constructiv şi funcţional al maşinilor de rectificat interior cu cap de

prindere este prezentat în figura 5.63, în care s-au notat: 1-batiu; 2-sanie radială;3-păpuşă

portpiatră; 4-păpuşă portpiesă.

Datorită diametrului mic al

sculei, pentru realizarea vitezei

de aşchiere este necesară antre-

narea acesteia cu turaţii foarte

mari (n = 104… 105 [rot/min]),

obţinute prin transmisii cu curele

late speciale, cu motoare electri-

ce speciale alimentate la frec-

venţe mărite ( 100 [Hz]) ampla-

Fig.5.62

Fig.5.62

Fig.5.63

149

sate direct pe axul broşei de rectificat, sau cu ajutorul turbinelor cu aer.

Rigiditatea redusă a arborelui principal portsculă impune utilizarea unor regimuri de

aşchiere mai puţin intense decât la rectificarea exterioară, ceea ce determină reducerea

productivităţii.

5.7.2.4. Maşini de rectificat interior planetar.

Metoda de rectificare planetară se utilizează la prelucrarea suprafeţelor interioare la

piese de dimensiuni mari, excentrice sau de formă neregulată, care nu pot fi prinse şi

antrenate în mişcarea de avans circular, deoarece masele mari şi excentrice determină

forţe centrifuge care cauzează vibraţii, reducând precizia de prelucrare.

Principiul rectificării planetare este prezentat în figura 5.64, în care este prezentat şi

principiul constructiv şi funcţional al maşinilor orizontale.

Piesa P, de tip carcasă,

este prinsă pe masa maşinii,

care nu execută nici o mişcare

de lucru. Scula S execută

toate mişcările de lucru, şi

anume:

- n – mişcarea principală

de aşchiere, de rotaţie în jurul

axei proprii;

- wc – mişcarea de avans

circular, de rotaţie în jurul axei

alezajului prelucrat;

- wl – mişcarea de avans

longitudinal;

- wr – mişcarea de avans radial, o mişcare intermitentă sincronizată cu wl.

Maşina de rectificat planetar se compune din următoarele părţi componente

(fig.5.64): 1-placă de bază; 2-batiu; 3-păpuşa portsculă; 4-bucşă specială; 5-roată de

curea; 6-lagăr special; 7-masă; 8-consolă reglabilă.

Pe lângă mişcările de lucru prezentate mai sus, maşina mai permite realizarea

mişcărilor de poziţionare transversală wpt a mesei şi verticală wpv a consolei, în vederea

reglării poziţiei piesei faţă de sculă.

Mişcarea de avans longitudinal wl este executată de păpuşa 3, iar mişcarea de

avans circular de bucşa 4. Datorită lagărului înclinat 6, prin deplasarea axială wa a

acestuia apare o mişcare de avans radial wr , care determină adâncimea de prelucrare şi

diametrul prelucrat.

Maşini de rectificat planetar se construiesc şi cu axa verticală, acestea fiind

destinate prelucrării pieselor de dimensiuni foarte mari.

Fig.5.64

Fig.5.64

150

5.7.3. Maşini de rectificat plan.

Aceste maşini sunt destinate finisării suprafeţelor plane prelucrate anterior prin

frezare sau rabotare.

După poziţia arborelui principal portsculă, există maşini orizontale, care prelucrează

cu partea periferică, cilindrică, a corpului abraziv sau cu cea frontală, şi maşini verticale,

care prelucrează numai cu partea frontală a sculei sau utilizând capete de rectificat.

După forma şi mişcările mesei (piesei), ambele tipuri de maşini se construiesc cu

masă de translaţie, sau cu masă rotativă.

Pentru prelucrarea pieselor de dimensiuni foarte mari (batiuri, montanţi) există

maşini de rectificat tip portal, prevăzute cu mai multe capete de rectificat, care pot lucra

simultan sau succesiv, asigurând productivităţi ridicate.

5.7.3.1. Maşini de rectificat plan orizontale.

Aceste maşini se folosesc la prelucrarea pieselor de dimensiuni mici-mijlocii,

sensibile la deformare, fisurare sau decălire şi care necesită precizii mari de prelucrare.

Sunt cele mai răspândite, deşi asigură o productivitate mai redusă decât maşinile

verticale.

Principiul de lucru al acestor maşini este prezentat în figura 5.65,a. Scula S execută

mişcarea principală n şi de regulă mişcarea de avans vertical wv, de pătrundere, prin care

se reglează adâncimea de

aşchiere şi cota prelucrată,

iar piesa P execută mişca-

rea de avans longitudinal wl

şi transversal wt (o mişcare

intermitentă realizată la

capetele cursei longitudina-

le). După baleierea întregii

suprafeţe a pisei, prin com-

binarea mişcărilor wl şi wt,

şi îndepărtarea unui strat

(adică după o trecere), scu-

la execută mişcarea de a-

vans vertical wv (tot o miş-

care pas cu pas) şi se rea-

lizează trecerea următoare,

ş.a.m.d. până la atingerea

cotei finale. Datorită numărului mare de curse longitudinale şi de treceri, la prelucrarea

suprafeţelor late procedeul asiguă o productivitate redusă.

Fig.5.65

151

Principiul constructiv şi funcţional al maşinilor de rectificat orizontale cu masă de

translaţie, de mărime mijlocie, este prezentat în figura 5.66.Ele se compun din următoarele

elemente:1-batiu;2-masă longitudinală;3-montant;

4-sanie verticală; 5-păpuşă portsculă.

La maşinile de mărime mijlocie, cel mai

adesea scula execută mişcarea de avans wt, prin

aceasta realizându-se o rigiditate mai mare a

mesei şi o creştere a preciziei.

Mişcările de avans sunt realizate cu meca-

nisme mecanice (la maşinile mici) sau cu sisteme

hidraulice, care permit exploatarea maşinii în re-

gim cu comenzi manuale, sau cu ciclu semiauto-

mat.

Prinderea pieselor pe aceste maşini se

realizează frecvent utilizând mesele sau platourile

electromagnetice, care asigură prinderea rapidă, dar numai a materialelor cu proprietăţi

feromagnetice. Pentru celelalte materiale, sau când piesa are dimensiuni mai mari şi

forme oarecare, se utilizează dispozitive universale de tipul menghinelor sau dispozitive

speciale cu prindere mecanică.

Maşinile de rectificat plan orizontale lucrând cu partea frontală a sculei sunt mai

puţin răspândite, acest principiu fiind utilizat mai mult la maşinile de ascuţit scule, lucrând

cu pietre oală, care pot prelucra atât cu suprafaţa cilindrică (exterioară sau interioară) cât

şi cu cea frontală.

5.7.3.2. Maşini de rectificat plan verticale.

Aceste maşini asigură o productivitate mai mare, deoarece la o cursă longitudinală

se prelucreză o bandă de lăţime mai mare, reducându-se astfel numărul de curse.

Pe acest principiu se construiesc maşini de dimensiuni mici, lucrând cu scule

monobloc (fig.5.65, b) şi maşini de dimensiuni mari, lucrând cu capete de rectificat

(segmenţi abrazivi) (fig.5.65, c), ambele tipuri de maşini putând fi cu masă de translaţie,

sau cu masă rotativă. Maşinile cu cap de rectificat şi masă rotativă asigură cele mai mari

productivităţi, permiţând prelucrarea mai multor piese deodată.

O problemă care apare la prelucrările realizate cu partea frontală a sculei este

divizarea aşchierii, pentru a permite eliminarea aşchiilor, în caz contrar scula se

îmbâcseşte rapid şi prelucrarea nu mai poate continua. La sculele monobloc, divizarea se

poate realiza utilizând pietre cu diametrul mai mare decât lăţimea suprafeţei prelucrate

(fig.5.65, b, sus), sau prin înclinarea axei sculei cu un unghi 1 (fig.5.65, b, jos), caz în

care apar erori de planeitate dependente de unghiul , diametrul sculei şi mărimea

Fig.5.66

Fig.5.66

152

avansului transversal. La capetele de rectificat, divizarea aşchierii se realizează divizând

scula, prin utilizarea segmenţilor abrazivi.

Principiul constructiv şi funcţional al maşinilor

de rectificat plan verticale cu masă de translaţie,

este prezentat în figura 5.67, în care s-au notat:

1 – batiu;

2 – masă longitudinală;

3 – montant;

4 – sanie verticală;

5 – păpuşă portsculă.

Aceste maşini au o rigiditate mai mare ca cele

orizontale, fiind destinate prelucrării pieselor de

dimensiuni mai mari.

5.7.4. Maşini de rectificat speciale.

Aceste maşini sunt concepute special pentru anumite scopuri, având particularităţi

constructive şi cinematice specifice. În această grupă se încadrează maşinile specializate

în prelucrarea unui anumit tip de suprafaţă complexă (maşinile de rectificat filete, roţi

dinţate), cele destinate prelucrării unui anumit tip de piesă (arbori cotiţi, axe cu came),

maşinile de prelucrat prin copiere după şablon şi cele de ascuţit scule.

5.7.4.1. Maşini de rectificat filete.

Sunt maşini de rectificat speciale destinate prelucrării filetelor de precizie, utilizate

la instrumente de măsură (micrometre), calibre filetate pentru controlul filetelor, scule

aşchietoare (tarozi şi filiere), şuruburi de mişcare, etc.; cele mai multe modele permit de

asemenea şi realizarea operaţiilor de detalonare.

După lungimea filetului prelucrat, aceste maşini pot fi împărţite în două grupe:

- pentru prelucrarea filetelor scurte;

- pentru prelucrarea filetelor lungi.

Între cele două grupe de maşini nu există diferenţe cinematice sau de principiu de

lucru, diferite fiind doar mecanismele de acţionare pentru realizarea avansului longitudinal;

astfel, la maşinile pentru prelucrat filete scurte, avansul longitudinal se realizează cu

mecanisme cu came sau cu ajutorul unor rigle înclinate, iar la cele pentru prelucrarea

filetelor lungi se utilizează lanţurile cinematice de filetare.

Prelucrarea filetelor se poate face direct din plin (pentru filete scurte, cu pas fin ),

sau ca operaţie de finisare prin rectificare realizată după tăierea filetului prin alte procedee

(strunjiri, frezare) şi aplicarea tratamentului termic (pentru filete lungi, cu pas mare).

Fig.5.67

Fig.5.67

153

Scula utilizată este un disc abraziv profilat, cu profil simplu (fig.5.68, a,d) sau

multiplu (fig.5.68, b, c). Sculele cu profil simplu se utilizează la prelucrarea filetelor de pre-

cizie ridicată, ele putând fi înclinate după direcţia tangentă la elicea filetului prelucrat;

realizând prelucrarea prin treceri succesive, asigură o productivitate redusă. Sculele cu

profil multiplu realizează precizii de prelucrare mai reduse, dar productivităţi mari,

deoarece lungimea cursei longitudinale este mult mai mică.

În figura 5.69 este prezentat principiul cinematic al maşinilor de rectificat filete lungi.

Notaţiile au următoarele semnificaţii: GL - ghidaje longitudinale ale batiului; M - masă

longitudinală; PF - păpuşă fixă; PM – păpuşă mobilă; P – piesă de prelucrat; S – sculă

aşchietoare; SR – suport rotativ; PP – păpuşă portsculă; GT – ghidaje transversale ale

batiului; K – camă de detalonare; C – cuplaj; RS – roţi de schimb.

Mişcările de lucru pentru rectificarea filetelor sunt următoarele:

Fig.5.68

Fig.5.68

Fig.5.69

154

- n - mişcarea principală de aşchiere, executată de scula S;

- wc – mişcarea de avans circular, executată de piesa P;

- wl – mişcarea de avans longitudinal, realizată de masa M;

- wr – avans radial, executat de păpuşa PP, la capetele cursei mişcării wl.

Mişcarea de avans circular wc este realizată prin lanţul cinematic de avans circular,

având structura:

ME (n0) – RSc – P (nP),

şi formula de reglare:

0n

nCi

P

CcRS , cu P

cP

D

wn

1000. (5.34)

Mişcările de avans wc şi wl sunt legate cinematic prin lanţul cinematic de filetare,

având structura:

P (nP ) - RSF – Ş – M (wl ),

şi formula de reglare:

s

PRFRS

p

pCi . (5.35)

Detalonarea este operaţia de prelucrare a feţei de aşezare a dinţilor sculelor

profilate (freze, tarozi, filiere) în vederea păstrării formei profilului şi a unghiului de aşezare

, după reascuţirea sculei pe faţa de degajare. Curba de detalonare este o spirală

arhimedică, realizată practic prin combinarea mişcării de avans circular wc cu mişcarea wD

(fig.5.69) executată pe direcţia radială şi având o cursă dublă pentru fiecare dinte al sculei

prelucrate.

Lanţul cinematic de detalonare are structura:

P (nP ) – C – RSD – K (nK ),

în care turaţia camei se calculează cu relaţia PK nzn , unde z reprezintă numărul de

dinţi pe rotaţie al sculei detalonate (piesa P). Scriind ecuaţia cinematică, rezultă formula de

reglare:

zCi DDRS , (5.36)

valabilă pentru sculele cu canale de degajare axiale.

Pe lângă mişcările de lucru, maşina mai realizează şi mişcările de poziţionare: wp1 –

de apropiere şi îndepărtare rapidă a păpuşii portsculă PP de piesă, efectuată la fiecare

trecere de prelucrare şi wp2 – de rotire a suportului rotativ SR, pentru aducerea planului

sculei în poziţia tangentă la elicea filetului.

5.7.4.2. Maşini de rectificat prin copiere.

Aceste maşini sunt destinate prelucrării profilelor plane de lungime mare prin

copiere după şablon, utilizând dispozitive de copiat mecanice, în producţia de serie.

Precizia de prelucrare este mai redusă decât la prelucrările obişnuite prin rectificare, dar

productivitatea este mare.

155

Principiul de lucru al dispozitivelor de copiat utilizate pe aceste maşini este prezen-

tat în figura 5.70, în care s-au făcut

următoarele notaţii: 1 - arcuri de compresiune;

2 - sanie transversală; 3 - piatră de rectificat;

4 – piesă de prelucrat; 5 – şablon; 6 – sanie

longitudinală; 7 – rolă de urmărire; 8 – ghidaje

transversale.

Rola 7 se reglează în poziţia

corespunzătoare şi rămâne fixată faţă de

păpuşa portsculă PP. Sania 6 primeşte o

mişcare de avans longitudinal wl, iar rola 7

urmărind şablonul 5, imprimă sistemului o

mişcare de avans transversal wt.

5.8. Maşini-unelte de netezit.

Prelucrările de netezire au scopul îmbunătăţirii rugozităţii suprafeţelor prelucrate

prin alte procedee şi în anumite limite de creştere a preciziei dimensionale şi de formă.

Principalele prelucrări de netezire sunt: superfinisarea, honuirea, lepuirea, rodarea

şi lustruirea. Ele vor fi prezentate în continuare, împreună cu sculele şi maşinile-unelte pe

care se realizează.

5.8.1. Superfinisarea şi maşini de superfinisat.

Superfinisarea, sau vibronetezirea, este prelucrarea prin aşchiere realizată cu

ajutorul barelor abrazive de granulaţie fină, care execută o mişcare principală de aşchiere

vibratorie. Se aplică la prelucrarea suprafeţelor de revoluţie şi plane, exterioare şi

interioare, în scopul îmbunătăţirii calităţii suprafeţei până la Ra = 0,05…0,025 [m], fără a

corecta erorile de formă.

Barele abrazive sunt monate elastic în suporţi adecvaţi formei suprafeţei prelucrate,

denumiţi capete de superfinisat, care execută o mişcare vibratorie cu amplitudinea

2…5[mm], cu o frecvenţă de 3…200 [Hz]. Pentru acoperirea întregii suprafeţe a piesei,

aceasta sau scula execută două sau mai multe mişcări de avans, cu viteze de

10…40[m/min].

În timpul prelucrării, între barele abrazive şi suprafaţa de prelucrat trebuie asigurată

o presiune de contact de 5…35 [N/cm2]. Prelucrarea se realizează în prezenţa unui lichid

de răcire-ungere, de obicei petrol (90%) şi ulei de turbină (10%).

Principiul prelucrării prin superfinisare a unei suprafeţe exterioare de revoluţie, este

prezentat în figura 5.71, în care s-au notat: 1-piesă de prelucrat; 2-bare abrazive; 3-arcuri;

4-corpul sculei. Capul de superfinisat, format din elementele 2, 3 şi 4 este apăsat cu o

Fig.5.70

Fig.5.70

156

forţă elastică controlată Fe l, şi execută mişcarea principală vibratorie vv şi mişcarea de a-

vans longitudinal wl, în timp ce

piesa realizează mişcarea de

avans circular wc.Din combina-

rea celor două mişcări de avans

wl şi wc, fiecare granulă abrazivă

descrie traiectorii elicoidale ori-

entate succesiv stânga-dreapta,

care se intersectează între ele şi

cu traiectoria mişcării vibratorii,

rezultând o reţea de rizuri orien-

tate multidirecţional, determinând

astfel o rugozitate minimă.

Viteza de desfăşurare a

procesului este neuniformă, ea

fiind mare la începutul prelucrării,

când suprafaţa de contact sculă-

piesă este mică şi presiunea de

contact este mare, tinzând asimptotic în timp spre zero.

De aceea, controlul procesului se realizează prin timpul de prelucrare, care este

uzual de ordinul minutelor.

Maşinile de suprefinisat pot fi împărţite în două grupe: (după poziţia axei piesei):

orizontale şi verticale, primele fiind mai răspândite.

Principiul constructiv şi funcţional

al maşinilor de superfinisat orizontale

este redat în figura 5.72, în care s-au

notat:

1–batiu;

2-păpuşă fixă portpiesă;

3-cap vibrator;

4-cărucior;

5,6-ghidaje;

7-montanţi;

8-păpuşă mobilă.

Mişcările de lucru sunt notate ca

în figura 5.71, având în plus mişcarea

de poziţionare a păpuşii mobile wP.

Fig.5.71

Fig.5.71

Fig.5.72

157

5.8.2. Honuirea şi maşini de honuit.

Honuirea este procedeul de netezire a alezajelor cilindrice, realizat cu o sculă

denumită cap de honuit, sau hon.

Partea activă a unui hon o constituie mai multe bare abrazive care pot fi apăsate

elastic înspre suprafaţa de prelucrat, sau pot fi conduse forţat. Honurile cu conducere for-

ţată a barelor realizează nu numai îmbunătăţirea

calităţii suprafeţei până la Ra=0,4…0,025 [m], ci şi

corectarea unor erori de formă ale suprafeţei

prelucrate.

Principiul prelucrării şi construcţia unui hon

simplu cu conducerea forţată a barelor este

prezentat în figura 5.73, în care s-au notat: 1-corpul

honului; 2-bare abrazive; 3-pene înclinate; 4-con de

acţionare; 5-piesa de prelucrat.

Barele abrazive 2, în număr de 3…12, sunt

introduse cu joc în canalele radiale din corpul

honului şi sunt apăsate radial de penele 3 acţionate

de conul 4. Poziţia radială a barelor şi presiunea de

contact sunt controlate prin deplasarea axială a co-

nului, mişcarea wa, care determină deplasarea radială

a barelor wr.

Honul este fixat în arborele principal al maşinii de

honuit printr-o articulaţie cardanică, ce permite

autoorientarea şi centrarea automată în zona de

prelucrare.

În vederea prelucrării, capul de honuit execută

o mişcare complexă obţinută prin combinarea unei

mişcări de avans longitudinal wl (5…20 [m/min]), cu o

mişcare de avans circular wc (20…75 [m/min]),

raportul celor două viteze fiind wc / wl = 3…5, iar

frecvenţele lor stabilite astfel încât să nu fie un

multiplu întreg. Traiectoriile descrise de granulele

abrazive sunt elice cilindrice orientate stânga-dreapta,

care se intersectează multidirecţional.

Presiunea de contact între barele abrazive şi

suprafaţa prelucrată se încadrează în limitele

(35…140 [N/cm2]); ca lichid de lucru, la prelucrarea

oţelurilor se utilizează un amestec de petrol (90%) cu

ulei (10%), iar la prelucrarea fontelor numai petrol.

Fig.5.73

Fig.5.73

Fig.5.74

158

În funcţie de operaţia anterioară şi de mărimea adaosului de prelucrare (între

0,25…0,01 [mm]), prelucrarea de netezire prin honuire se poate realiza într-o singură fază

sau în două, sau chiar trei faze succesive, utilizând honuri cu granulaţie diferită.

Maşinile de honuit pot fi (în funcţie de poziţia arborelui principal): orizontale,

verticale sau înclinate. Cele mai răspândite sunt maşinile verticale, a căror principiu

constructiv este prezentat în figura 5.74. Ele se compun din următoarele elemente: 1-placă

de bază; 2 masă; 3-cap de honuit; 4-cap de acţionare a barelor; 5-arbore principal; 6-

montant; 7-cap de antrenare.

Mişcările de lucru sunt cele prezentate în figura 5.74, având în plus mişcarea de

poziţionare a mesei wp.

Caracteristicile principale ale maşinilor de honuit sunt: diametrul maxim de

prelucrare şi lungimea maximă a cursei longitudinale.

5.8.3. Lepuirea şi maşini de lepuit.

Lepuirea este un procedeu de netezire foarte fină, realizată cu ajutorul unor scule

specifice, mediul activ fiind o pastă sau un lichid conţinând pulberi sau micropulberi

abrazive. Adaosul de prelucrare la lepuire este foarte mic (5…20 [m]), calitatea

suprafeţelor lepuite ajungând la Ra = 0,012 [m].

Construcţia sculei este specifică suprafeţei de prelucrat. Astfel, la prelucrarea su-

prafeţelor interioare se utilizează dornuri rigide

sau extensibile, iar la cele exterioare discuri de

lepuit, confenţionate din anumite materiale

(metalice sau nemetalice), care execută mişcări

specifice. Viteza de lucru poate să ajungă la 100

[m/min], iar presiunea de contact dintre sculă şi

piesă se situează între (7…35 [N/cm2]).

Maşinile de lepuit au o construcţie simplă,

subansamblul cel mai important fiind dispozitivul

de lepuit, care are o formă specifică tipului de

suprafaţă prelucrată.

În figura 5.75 este prezentat un dispozitiv

de lepuit suprafeţe plane. El se compune din

următoarele elemente: 1-piese de prelucrat; 2-

disc de lepuit superior; 3-colivie; 4-disc de lepuit

inferior; 5-arbore de antrenare a coliviei.

În vederea prelucrării, discurile 2 şi 4 se

ung cu un strat de pastă abrazivă, iar piesele se

aşează cu joc mare în locaşele lor din colivie. Se

coboară discul 2 (rabatabil) şi se pornesc mişcări- Fig.5.75

159

le de lucru:

- n1 şi n2 – mişcările de rotaţie ale celor două discuri, având sens contrar;

- n3 – mişcarea de antrenare a coliviei.

Datorită excentricităţii e a arborelui 5, colivia 3 capătă deplasări radiale care

combinate cu rotaţia discurilor 2 şi 4, determină apariţia unor traiectorii ale particolelor

abrazive de tipul cicloidelor, care se intersectează multidirecţional.

Rodarea este un procedeu de netezire fină asemănător lepuirii, deosebirea

constând în faptul că prelucrarea se realizează utilizând ca sculă piesa conjugată.

Lustruirea este operaţia de netezire fină realizată în scop decorativ. Este

asemănătoare lepuirii cu deosebirea că pasta abrazivă se aplică pe un disc moale,

confecţionat din pâslă, piele, etc. Operaţia se poate realiza manual sau mecanic cu

ajutorul polizoarelor, utilizând discuri în pâslă.

5.9. Maşini pentru prelucrarea danturii.

Dantura roţilor dinţate poate fi prelucrată într-o singură operaţie, de tăiere a dinţilor

din plin (cazul roţilor dinţate de precizie redusă), sau din două sau chiar trei operaţii (cazul

roţilor dinţate de precizie ridicată), când după operaţia de tăiere a dinţilor se recurge şi la

operaţii de finisare sau de superfinisare.

Se cunosc diferite procedee de tăiere a danturilor, de finisare şi de superfinisare,

pentru fiecare procedeu existând câte o maşină tip, specializată în operaţia respectivă.

După modul de generare a profilului dinţilor (curba generatoare G) procedeele de

danturare pot fi împărţite în două grupe, având la bază metode de lucru principial diferite:

- metoda copierii, la care profilul dinţilor se obţine prin copierea profilului sculei sau

al unui şablon;

- metoda rulării, la care profilul dinţilor se obţine pe cale cinematică, ca

înfăşurătoare a poziţiilor succesive ale profilului dinţilor sculei, ca urmare a angrenării

sculei cu roata de prelucrat, respectând legile angrenării.

Deoarece danturile roţilor dinţate cilindrice diferă ca geometrie de cea a roţilor

conice, există maşini specializate diferite pentru prelucrarea celor două tipuri de danturi.

5.9.1. Maşini pentru prelucrarea roţilor dinţate cilindrice.

5.9.1.1. Prelucrarea roţilor dinţate cilindrice prin copiere cu scule profilate.

Această metodă se poate realiza prin procedeul frezării (mai răspândit), sau prin

mortezare.

Procedeul frezării se utilizează la prelucrarea roţilor dinţate de precizie redusă, care

nu lucrează la turaţii şi puteri mari, sau ca operaţie de degroşare a danturii roţilor, care

ulterior sunt finisate pe maşini de danturat prin rulare.

160

Pentru prelucrarea danturilor cu module mici se utilizează, ca scule, frezele disc

modul, la module mari – frezele deget modul, iar la operaţiile de degroşare – freze disc

sau deget cu profil trapezoidal.

Prelucrarea se poate realiza pe maşinile universale de frezat, utilizând ca accesoriu

capul divizor universal, sau pe maşini specializate.

Principiul prelucrării danturilor prin copiere cu scule profilate este prezentat în figura

5.76,a, pentru prelucrarea cu freză disc modul şi în figura 5.76, b pentru prelucrarea cu

freză deget modul. Ambele scule au într-o secţiune axială profilul golului dintre dinţi şi se

reglează astfel încât să ocupe o poziţie simetrică faţă de direcţia radială a roţii de prelu-

crat.

Sculele, iniţial deplasate axial

faţă de piesă, se reglează la adânci-

mea de tăiere a profilului dorită

(mişcarea de poziţionare radială wpr )

şi execută mişcarea principală de

aşchiere nS. Piesa execută mişcarea

de avans longitudinal wl într-un sens,

în vederea prelucrării golului pe toată

lăţimea ei, după care vine rapid în

poziţia iniţială şi execută mişcarea de

divizare wd, de rotaţie cu unghiul

dintre doi dinţi, în vederea prelucrării

golului următor, ş.a.m.d. până la prelucrarea tuturor dinţilor. Prelucrarea se poate realiza

din una sau mai multe treceri, până la obţinerea înălţimii necesare a dintelui.

Atunci când prelucrarea se execută pe maşinile de frezat universale, mişcarea de

avans wl este realizată de sania longitudinală a maşinii, iar mişcarea de poziţionare wpr –

de consola acesteia (mişcarea wv , fig.5.36).

Deoarece profilul frezei disc modul corespunde cu profilul golului în secţiune

normală, la prelucrarea roţilor dinţate cu dinţi drepţi între axa sculei şi a piesei se reglează

unghiul =90 (fig.5.77,a); la prelucrarea

roţilor cu dinţi înclinaţi cu unghiul p

(fig.5.77,b), unghiul dintre axe are

valoarea = 90 p ( în funcţie de

sensul elicei directoare a dinţilor).

Unghiul se reglează prin rotirea saniei

longitudinale în mişcarea wr. Mişcarea de

divizare wd şi generarea elicei directoare

a dinţilor se realizează cu ajutorul capului

divizor universal montat pe masa maşinii.

Fig.5.76

Fig.5.76

Fig.5.77

161

Profilul golului dintre dinţi la o roată dinţată depinde de modul şi de numărul de dinţi,

astfel încât pentru fiecare roată ar fi necesară o sculă cu profilul respectiv. În scopul

raţionalizării fabricaţiei şi exploatării acestor scule, ele se execută cu un profil unic pentru

un inerval de numere de dinţi ,astfel încât pentru fiecare modul există un set de 8 freze. La

realizarea unei prelucrări se alege freza corespunzătoare intervalului în care se

încadrează numărul de dinţi al piesei de prelucrat.

Datorită diferenţelor dintre profilele teoretice ale piesei şi sculei, dificultăţilor de

realizare cu o precizie ridicată a profilului sculei şi reglajelor multiple necesare în vederea

prelucrării, aplicarea metodei pe maşinile de frezat universale conduce la precizii de

prelucrare şi productivităţi reduse, astfel încât acest procedeu se utilizează la realizarea

pieselor nepretenţioase, la o producţie de unicate sau serie mică.

Performanţe superioare se obţin la aplicarea metodei pe maşinile specializate de

frezat cu freză deget, destinate producţiei de serie. În acest caz se utilizează o sculă

proiectată special pentru piesa respectivă, iar mişcările de lucru sunt realizate prin

cinematica maşinii în ciclu semiautomat, astfel încât atât precizia de prelucrare cât şi

productivitatea sunt mult mai mari.

Principiul constructiv

şi funcţional al unei ma-

şini de frezat cu freză de-

get este prezentat în fi-

gura 5.78, în care s-au

notat:1-batiu;2-păpuşă fi-

xă; 3,7-lunete de susţine-

re; 4-sanie longitudinală;

5-cap de frezat; 6-arbore

principal portsculă; 8-

păpuşă mobilă.

Mişcările executate au aceeaşi semnificaţie ca în figura 5.76, având în plus

mişcarea de avans circular wc, care combinată cu wl generează cinematic elicea

directoare a dinţilor.

Aceste maşini se folosesc la prelucrarea roţilor dinţate de dimensiuni mari,

permiţând prelucrarea danturilor drepte, înclinate, în V şi în W.

5.9.1.2. Maşini de danturat roţi cilindrice prin rulare.

Aceste maşini permit realizarea curbei generatoare (profilul dintelui) pe cale

cinematică, prin combinarea unor mişcări simple, de rotaţie şi translaţie, în cadrul

procesului de rulare.

Fig.5.78

Fig.5.78

162

5.9.1.2.1. Principiul rulării.

Rularea este rostogolirea fără alunecare a unei curbe convexe pe o altă curbă, cu

păstrarea permanentă a unui punct de tangenţă.

Profilul generator cel mai răspândit la roţile dinţate cilindrice este evolventa

circulară, o curbă plană generată ca traiectorie a unui punct situat pe o dreaptă care

rulează pe un cerc (fig.5.79). Practic, pe maşinile-unelte, există două posibilităţi de

realizare a rulării: cu dreaptă mobilă şi cu dreaptă fixă.

Rularea cu dreaptă mobilă (fig.5.79,a) se obţine deplasând dreapta după direcţia

sa cu viteza de rulare wR şi imprimând cercului Cb o mişcare de rotaţie în jurul punctului fix

O, cu viteza unghiulară , astfel încât să fie îndeplinită condiţia de rulare, adică viteza

ambelor curbe în punctul K de tangenţă să aibă aceeaşi valoare:

bR Rw . (5.37)

Dacă la un moment dat punctul M a generat evolventa EV cu baza în A, prin rulare

el ajunge în M’, iar A în A’, evolventa EV, deplasându-se în E’V. Condiţia de rulare permite

scrierea egalităţilor:

KAKM ;

'' KAKM ;

'' AAMM . Dreapta este în permanenţă

normală la evolventă, iar tangenta T se deplasează paralel cu ea însăşi din T în T’.

Rularea cu dreaptă fixă (fig.5.79, b) presupune realizarea ambelor mişcări, atât a

rotaţiei cât şi a translaţiei wR de către cercul Cb, al cărui centru O se deplasează pe o

direcţie paralelă cu , datorită cuplei de translaţie formată din sania S şi ghidajul G.

Evolventa generată trece permanent prin punctul fix M, tangenta T fiind de asemenea fixă.

În ambele cazuri de rulare, dacă în locul tangentei T vom avea muchiile dinţilor unei

scule aşchietoare, care se deplasează perpendicular pe dreapta , acestea vor prelucra

pe piesă (având centrul în O) flancul unui dinte profilat după o evolventă obţinută ca

înfăşurătoare a poziţiilor succesive ale muchiei T. Prin inversarea sensului de rulare, în

mod similar poate fi obţinut şi celălalt flanc al dintelui.

Fig.5.79

Fig.5.79

163

La schemele din figura 5.79, cercul pe care

se realizează rularea, Cb, este denumit cerc de

bază. Rularea pe cercul de bază prezintă

dezavantajul că este utilizat, teoretic, un singur

punct de pe muchia aşchietoare a sculei (practic,

o zonă redusă în jurul punctului M), ceea ce

determină uzarea rapidă a acesteia. Pentru

exploatarea integrală a sculei, în practică rularea

se realizează pe un cerc de rază mai mare, Rr,

numit cerc de rostogolire (Cr), muchia aşchietoare

a sculei S având o poziţie înclinată faţă de

tangenta T, cu un unghi (fig.5.80) denumit

unghi de angrenare.

Elementul fictiv, având profilul trapezoidal cu flancurile înclinate cu unghiul , care

generează evolventa prin rularea dreptei de rostogolire r pe cercul de rostogolire Cr,

poartă denumirea de cremalieră de generare, iar scula cu acelaşi profil se numeşte cuţit

pieptene (sau cuţit cremalieră).

Cremaliera de generare este de fapt o roată dinţată degenerată, având Rr =

(cercul său de rostogolire degenerează în dreapta r). Rularea se poate produce la fel de

bine cu o roată dinţată cu rază finită, profilul dintelui devenind în acest caz evolventic, iar

rularea realizându-se prin rostogolirea fără alunecare a celor două cercuri de rostogolire;

evolventele dinţilor celor două roţi sunt curbe reciproc înfăşurătoare, iar scula având un

astfel de profil se numeşte cuţit roată.

Metoda prelucrării danturii prin rulare este superioară metodei copierii, asigurând

atât o precizie de generare cât şi o productivitate mai mare, iar sculele pot prelucra roţi

dinţate cu orice număr de dinţi, singura restricţie fiind modulul, care trebuie să fie acelaşi.

Procedeele de prelucrare a roţilor dinţate cilindrice prin rulare sunt următoarele:

- prin frezare cu freză melc;

- prin mortezare cu cuţit roată;

- prin mortezare cu cuţit cremalieră.

5.9.1.2.2. Maşini de danturat prin frezare cu freză melc.

Freza melc are forma unui melc (o roată dinţată cu dinţi înclinaţi şi număr foarte mic

de dinţi) la care s-au practicat un număr de canale perpendiculare pe elicea melcului, în

scopul creării feţei de degajare a dinţilor, obţinându-se astfel o sculă aşchietoare profilată.

Faţa de aşezare a dinţilor se detalonează; scula este fabricată din oţel rapid. Profilul

dinţilor pe faţa de degajare corespunde cremalierei de generare, care în procesul

prelucrării va rula cu semifabricatul.

Fig.5.80

Fig.5.80

164

Principiul cinematic al prelucrării cu freză melc rezultă din figura 5.81, în care este

prezentată structura lanţului cinematic de rulare. Scula S primeşte mişcarea de rotaţie nS

care asigură realizarea vitezei principale de

aşchiere şi constituie totodată una din mişcări-

le componente ale rulării. Prin rotirea frezei

profilul cremalierei de generare se deplasează

tangenţial faţă de piesă cu viteza de rulare

SER npw , pE fiind pasul elicei melcului. Pie-

sa P se roteşte cu turaţia nP care trebuie să

asigure pe cercul de rostogolire o viteză tan-

genţială egală cu wR (condiţia de rulare), astfel

încât se poate scrie:

PPPPrSER nzpnRnpw 2 , (5.38)

în care pP este pasul piesei, iar zP – numărul de dinţi al acesteia.

Deoarece pentru o freză melc cu zS dinţi (începuturi) SPE zpp (pP fiind acelaşi

pentru două roţi în angrenare), înlocuind în relaţia (5.38) se obţine condiţia de rulare:

P

S

S

PPPSS

z

z

n

nsaunznz , . (5.39)

Lanţul cinematic de rulare asigură legătura cinematică între mişcările nS şi np,

pentru îndeplinirea cerinţelor relaţiei (5.39), reglarea lui realizându-se prin roţile de schimb

de rulare RSR. Scriind ecuaţia sa de transfer:

PCRRSCS niiin 21 , (5.40)

şi ţinând cont de relaţia (5.39), se obţine formula de reglare a lanţului de rulare:

P

SRRRS

z

zCi , (5.41)

în care CR este constanta lanţului de rulare, specifică modelului de maşină pe care se face

prelucrarea.

Pentru prelucrarea unei roţi dinţate, pe lângă mişcarea principală nS şi cea de rulare

nP, mai sunt necesare una sau mai multe mişcări de avans, executate în funcţie de tipul

roţii dinţate şi metoda de lucru.

Principiul constructiv şi funcţional al maşinii de frezat cu freză melc este prezentat

în figura 5.82, în care s-au notat: 1 - batiu; 2 - montant; 3 - sanie axială; 4 - suport rotativ; 5

- sanie tangenţială; 6-traversă de rigidizare; 7 - păpuşă mobilă; 8 - dorn portpiesă; 9 -

montantul mesei; 10 - masă rotativă; 11 - sanie radială.

Cinematica maşinii permite realizarea următoarelor mişcări:

- nS –mişcarea principală de aşchiere şi componentă a rulării, executată de scula S;

- nP – mişcarea de rotaţie a piesei P în vederea rulării acesteia cu scula S;

- nPs – mişcarea suplimentară de rotaţie a piesei;

Fig.5.81

Fig.5.81

165

- wa – mişcarea de avans axial, executată de sania axială 3;

- wt – mişcarea de avans tangenţial, executată de sania tangenţială 5;

- wr – mişcarea de avans radial, executată de sania radială 11;

- wpr – mişcarea de poziţionare, de înclinare a axei sculei, realizată de suportul

rotativ 4;

- wp – mişcarea de poziţionare a păpuşii mobile 7.

Mişcarea de poziţionare wpr este necesară pentru reglarea unghiul (fig.5.83, a, b)

dintre axa sculei şi axa piesei.Deoarece elicea frezei melc este înclinată cu unghiul S,

scula trebuie poziţionată astfel

încât direcţia tangentei la elice în

punctul de contact cu piesa să

corespundă cu direcţia dintelui

piesei. La prelucrarea roţilor din-

ţate cu dinţi drepţi (fig.5.83,a),

unghiul se calculează cu rela-

ţia S o90 ,iar la prelucrarea

roţilor cu dinţi înclinaţi(fig.5.83,b),

cu formula: SP o90 .

Pentru prelucrarea unei roţi

dinţate, pe lângă mişcarea prin-

cipală nS şi cea de rulare nP, mai

sunt necesare una sau mai multe

mişcări de avans, executate în

Fig.5.83

Fig.5.82

Fig.5.82

166

funcţie de tipul roţii dinţate şi metoda de lucru.

Mişcarea de avans axial wa este executată de sculă la prelucrarea roţilor cilindrice,

pentru tăierea dinţilor la aceeaşi adâncime pe toată lăţimea roţii (fig.5.83, a).

Mişcarea de avans tangenţial wt este executată de sculă la prelucrarea roţilor

cilindrice prin metoda de lucru cu avans diagonal (combinarea avansurilor wa şi wt în vede-

rea utilizării sculei pe toată lungimea ei) şi la prelucrarea roţilor melcate prin metoda cu

avans tangenţial (fig.5.83, d).

Mişcarea de avans radial wr este executată de piesă în vederea reglării adâncimii

de tăiere a dinţilor, sau la prelucrarea roţilor melcate prin metoda cu avans radial

(fig.5.83,c).

Mişcarea suplimentară nPs , executată de piesă, este necesară la prelucrarea roţilor

cu dinţi înclinaţi, elicea directoare a dinţilor fiind realizată pe cale cinematică prin

combinarea mişcărilor wa şi nPs (fig.5.83,b). Ea este executată, de asemenea şi la prelu-

crarea roţilor cilindrice (cu dinţi drepţi sau înclinaţi) prin metoda de lucru cu avans diago-

nal, precum şi la prelucrarea roţilor melcate prin metoda cu avans tangenţial (fig.5.83,d).

Posibilităţile de prelucrare ale maşinilor de danturat cu freză melc, au rezultat din

cele prezentate mai sus, fiind următoarele:

- roţi dinţate cilindrice cu dinţi drepţi sau înclinaţi, prin metoda de lucru cu avans

axial sau diagonal (fig.5.83, a, b);

- arbori canelaţi, prin aceleaşi metode ca la roţile cilindrice,

- roţi cilindro-conice, prin combinarea avansului axial wa cu cel radial wr;

- roţi melcate, prin metoda cu avans radial (fig.5.83, c) sau cu avans tangenţial

(fig.5.83, d);

- melci cilindrici, prin metoda cu avans tangenţial şi melci globoidali, prin metoda cu

avans radial, în ambele cazuri scula fiind un cuţit roată montat în locul piesei, iar

semifabricatul în locul frezei.

Procedeul de prelucrare a danturilor cu freze melc prezintă următoarele avantaje:

- posibilităţi largi de prelucrare;

- productivitate ridicată, datorită aşchierii şi divizării continue în cadrul rulării; prin

utilizarea la operaţiile de degroşare a frezelor melc cu două începuturi, productivitatea se

dublează;

- posibilitatea utilizării aceleiaşi scule la prelucrarea unor piese diferite, singura

condiţie fiind respectarea modulului; excepţie face prelucrarea roţilor melcate, la care freza

melc trebuie să aibă parametrii caracteristici determinaţi în funcţie de melcul cu care va

angrena roata melcată.

Ca dezavantaje, pot fi considerate următoarele:

- imposibilitatea prelucrării roţilor mici la blocurile baladoare cu roţi apropiate;

- imposibilitatea prelucrării danturilor interioare;

167

- precizia de tăiere a profilului este mai redusă decât la alte procedee, fiind

determinată numai de caracteristicile frezei melc şi neputând fi influenţată prin reglarea

maşinii; pentru creşterea preciziei, la finisare se recomandă utilizarea frezelor melc cu un

singur început şi având un număr mare de dinţi aşchietori.

Caracteristicile de mai sus, fac ca aceste maşini să fie cele mai răspândite maşini

de danturat.

5.9.1.2.3. Maşini de danturat cu cuţit roată.

Prelucrarea danturilor cu cuţit roată se realizează cel mai frecvent prin mortezare,

dar şi prin rabotare, pe maşini specializate.

Cuţitul roată are forma unei roţi dinţate, confecţionată din oţel rapid, având

practicate unghiurile de degajare şi de aşezare (fig.5.85, a).

Profilul dinţilor este evolventic, sau o altă curbă conjugată celei necesare de realizat

pe piesă.

Prelucrarea danturii cu cuţit roată se

bazează pe principiul generării evolventei cu

dreaptă mobilă, structura lanţului de rulare fiind

prezentată în figura 5.84. Condiţia de rulare în

acest caz are forma:

P

S

S

PPPPSSPR

z

z

n

nnzpnzpw . (5.42)

Scriind ecuaţia de transfer a lanţului

cinematic de rulare:

PCRRSCS niiin 21 , (5.43)

şi ţinând cont de relaţia (5.42), se obţine formula de reglare:

P

S

RRRSz

zci , (5.44)

având aceeaşi formă ca la prelucrarea cu freză melc.

Principiul prelucrării danturilor prin mortezare cu cuţit roată este prezentat în figu-

ra 5.85.

Scula execută mişcarea principală v, o mişcare rectilinie alternativă, având o cursă

de lucru (la coborâre) şi una pasivă (la ridicare).

Pentru evitarea frecărilor dintre feţele de aşezare ale dinţilor sculei şi suprafaţa

prelucrată a piesei, scula execută şi o mişcare de poziţionare repetată wp, sincronizată cu

mişcarea v, de apropiere de piesă la începutul cursei de lucru şi de îndepărtare pe cursa

de întoarcere.

Simultan cu mişcarea principală v, scula se roteşte cu turaţia nS, iar piesa cu turaţia

nP, ambele mişcări fiind continue şi reprezentând mişcarea de rulare.

Fig.584

Fig.5.84

168

Pentru reglarea adâncimii de tăiere a

golului, piesa execută mişcarea de avans

radial wr,conform schemei din figura 5.85,b.

Pe parcursul fazei de degroşare,

corespunzător unghiului d de rotaţie a

piesei, din A în B , aceasta avansează

radial pe adâncimea td.

În punctul B mişcarea de avans

radial se opreşte, dar rularea continuă încă

o rotaţie completă, pentru tăierea tuturor

dinţilor la adâncimea td.

Când scula ajunge din nou în punctul

B, se porneşte mişcarea wr, pe arcul

BC ,

corespunzător unghiului f , realizându-se

pătrunderea pe adâncimea de finisare tf,

după care prelucrarea continuă pentru încă

o rotaţie completă a piesei, realizându-se

faza de finisare.

Unghiul total de rotaţie al piesei în

vederea prelucrării danturii în cele două

treceri este:

o3602 fd . (5.45)

La prelucrarea roţilor cu dantură înclinată se utilizează un cuţit roată cu dinţi încli-

naţi cu unghiul p corespunzător piesei (fig.5.86).

În timpul cursei mişcării principale v, scula execută şi o

mişcare de rotaţie wE, astfel încât ea descrie o mişcare elicoidală

de dute-vino având unghiul de înclinare p.

Această mişcare se obţine cu ajutorul a două semicame

elicoidale K1 şi K2 cuplate între ele, schimbabile, având unghiul

de înclinare al piesei de prelucrat.

Fig.5.86

Fig.5.85

169

Principiul constructiv şi funcţional al maşinilor de mortezat dantura cu cuţit roată

este prezentat în figura 5.87, în

care s-au notat: 1-batiu; 2-sanie

radială; 3-masă rotativă; 4-arbore

principal portsculă; 5-capul de

mortezat.

Mişcările reprezentate au

aceeaşi notaţie şi semnificaţie ca

cele din figura 5.85.

Un accesoriu important al

acestor maşini este dispozitivul

pentru prelucrarea cremalierelor,

care se montează pe sania 2 şi

preia mişcarea nP transformând-o

într-o mişcare de avans tangenţial.

Caracteristica principală a a-

cestor maşini este diametrul maxim

al piesei de prelucrat.

Avantajele procedeului de danturare cu cuţit roată sunt următoarele:

- este singurul procedeu care permite prelucrarea danturilor interioare, drepte sau

înclinate, prin rulare;

- permite prelucrarea danturilor exterioare şi interioare înfundate;

- se pot prelucra cremaliere de precizie;

- pe lângă prelucrarea danturilor, se pot prelucra profile exterioare sau interioare

prin rulare, utilizând scule cu profil conjugat (de exemplu: came, găuri poligonale, etc.);

- calitatea suprafeţei şi precizia de generare a evolventei sunt superioare celor

realizate la frezarea cu freza melc, deoarece numărul de curse ale mişcării principale

pentru tăierea unui flanc (deci numărul profilelor de înfăşurare ale evolventei) poate fi

foarte mare şi determinat prin reglarea maşinii.

Maşinile de rabotat dantură în V constituie o grupă aparte de maşini de danturat,dar

care utilizează acelaşi tip de sculă – cuţitul roată,

lucrează pe acelaşi principiu de generare al

evolventei (prin rulare) ca şi maşinile de mortezat,

diferenţele constând în faptul că mişcarea

principală se execută pe o direcţie orizontală şi

lucrează simultan cu două cuţite roată. Principiul

de lucru al acestor maşini este prezentat în figura

5.88, mişcările având aceeaşi notaţie şi

semnificaţie ca la maşinile de mortezat.

Deoarece lucrează alternativ cu două cuţite, este utilizată fiecare cursă a mişcării

Fig.5.88

Fig.5.87

Fig.5.87

170

principale v, astfel încât aceste maşini asigură o productivitate dublă faţă de maşinile de

mortezat. Se utilizează la prelucrarea roţilor dinţate cilindrice de dimensiuni mari, cu dinţi

în V sau drepţi.

5.9.1.2.4. Maşini de danturat cu cuţit cremalieră.

Maşinile de danturat cu cuţit cremalieră sunt destinate prelucrării roţilor dinţate

cilindrice exterioare, cu dinţi drepţi, înclinaţi sau în V, prin procedeul mortezării, utilizând o

sculă din oţel rapid având forma unei cremaliere la care s-au practicat unghiurile de

aşchiere şi .Forma simplă a sculei, având dinţii cu profil trapezoidal, permite realizarea

acesteia la o precizie ridicată şi, prin urmare, prelucrarea unor danturi precise.

Pe acest principiu, se construiesc maşini cu generarea evolventei atât prin metoda

cu dreaptă fixă (mai răspândite) cât şi cu dreaptă mobilă.

Principiul danturării cu cuţit cremalieră cu dreaptă fixă este prezentat în figura 5.89.

Scula S este fixată pe sania

3 care execută mişcarea princi-

pală de aşchiere v, orientată

după direcţia dintelui, profilul din-

ţilor în deplasarea lor generând o

cremalieră fictivă fixă cu care va

angrena semifabricatul.Reglarea

unghiului direcţiei dintelui se

realizează prin rotirea capului de

mortezat 2, în mişcarea de pozi-

ţionare wp , faţă de montantul 1.

Piesa P se prinde pe o ma-

să rotativă amplasată pe sania

tangenţială 4, dispusă pe sania radială 5. Dacă cuplajul K este pe poziţia 1, ea execută

simultan mişcările de rulare nP şi wt, condiţia de rulare fiind următoarea:

s

PP

P

SssPPPPdt

p

pz

n

nnpnzpnDw , . (5.46)

Scriind ecuaţia lanţului cinematic de rulare:

'1 sDRSRRSCCP niiiin , (5.47)

şi ţinând cont de relaţia (5.46), se obţine formula de reglare:

S

P

PDRSRRRSp

pziCi , (5.48)

în care iRS D este raportul roţilor de schimb de divizare-poziţionare a sculei, care se

calculează aşa cum se arată în continuare.

De remarcat că la acest procedeu avem de a face cu o dublă mişcare de divizare:

una continuă, realizată în cadrul procesului de rulare, şi una discontinuă, de repoziţionare

Fig.5.89

Fig.5.89

171

a roţii faţă de sculă, datorită faptului că din motive constructive, de rezistenţă şi de gabarit,

zS zP. Aşadar, după prelucrarea pe piesă a unui număr de dinţi zP1 zS, se opreşte

mişcarea de rulare şi se readuce piesa în poziţia iniţială, utilizând mişcarea wt, prin

deplasarea ei pe o lungime:

1PPD zpL . (5.49)

Această deplasare se obţine prin lanţul cinematic de divizare-poziţionare, având structura:

MD (D ) – K(2) – RSD – Ş (Ş ). (5.50)

Mecanismul de divizare generează un unghi de divizare D = ct., care este transmis şi

transformat de roţile de schimb RSD în unghiul de rotaţie Ş al şurubului Ş, necesar

realizării deplasării pe lungimea LD. Deoarece:

o360

s

SD pL

, (5.51)

scriind ecuaţia lanţului cinematic:

sDRSCD ii 1 , (5.52)

şi ţinând cont de relaţiile (5.49) şi (5.51), se obţine formula de reglare:

1p

s

P

DDRS zp

pCi , (5.53)

în care: DC

Di

C

o3601

1

, (5.54)

reprezintă constanta lanţului cinematic de divizare-poziţionare.

Mişcarea de poziţionare radială wpr serveşte la reglarea adâncimii de tăiere a

dinţilor.

Principiul constructiv şi funcţional al

maşinilor de danturat cu cuţit cremalieră

este prezentat în figura 5.90, în care sunt

evidenţiate următoarele elemente: 1 - batiu;

2-sanie radială;3-sanie tangenţială; 4- masă

rotativă; 5-suport portcuţit;6-sanie portcuţit;

7-cap de mortezat; 8-montant. Mişcările e-

xecutate de maşină au aceeaşi notaţie şi

semnificaţie ca în figura 5.89.

Pe aceste maşini se pot prelucra roţi ci-

lindrice cu dantură exterioară, cu dinţi

drepţi, înclinaţi sau în V cu canal de separa-

re, schemele de lucru fiind prezentate în

figura 5.91

La prelucrarea roţilor cu dinţi drepţi (fig.5.91, a) se utilizează o sculă cu dinţi drepţi,

iar capul de mortezat se reglează la zero (verticală) privind mişcarea wP.

Fig.5.90

172

Prelucrarea danturilor înclinate se poate realiza în două moduri:

- utilizând o sculă cu dinţi înclinaţi, aşezată paralel cu suprafaţa frontală a piesei

(fig.5.91, b);

- folosind o sculă obişnuită, cu dinţi drepţi, aşezată înclinat cu unghiul de înclinare a

dinţilor piesei, P (fig.5.91, c).

Fig.5.91

În ambele cazuri, capul de mortezat se înclină cu unghiul P. Metoda din figura

5.91, b, necesită o sculă mai dificil de realizat, dar permite prelucrarea roţilor mici ale

blocurilor baladoare şi a danturilor în V.

Comparativ cu maşinile de mortezat cu cuţit roată, maşinile de mortezat cu cuţit

cremalieră asigură o precizie de prelucrare superioară, mai ales privind elicea directoare a

dinţilor, care este generată prin imprimare prin rulare şi nu pe cale cinematică.

5.9.1.3. Maşini pentru finisarea danturilor cilindrice.

Prelucrările de danturare se realizează din una până la trei treceri: de degroşare, de

semifinisare şi de finisare, în funcţie de precizia urmărită, care este totuşi limitată pentru

fiecare procedeu de prelucrare în parte. Prelucrările de finisare ale danturilor se aplică ca

operaţii ulterioare danturării, în scopul corectării erorilor de formă a evolventei, de simetrie

a dintelui, de divizare, de înclinaţie, etc. precum şi pentru îmbunătăţirea calităţii suprafeţei.

Finisarea danturilor se poate realiza prin operaţii de rectificare, şeveruire, rodare,

etc.cea mai utilizată fiind rectificarea, deoarece permite eliminarea unor erori mari, la piese

tratate termic şi asigură o precizie ridicată de prelucrare. Fiind o operaţie scumpă, se

aplică numai la roţile dinţate care necesită o precizie deosebită (de ordinul micronilor),

cum sunt cele care lucrează la turaţii şi puteri mari, în transmisiile cinematice de precizie,

la roţile etalon, etc.

După modul de obţinere a evolventei, prelucrările de finisare, ca şi cele de

danturare, pot fi împărţite în două grupe:

- prin copiere, utilizând scule profilate;

- prin rulare.

173

5.9.1.3.1. Maşini de rectificat dantura prin copiere cu sculă profilată.

Principiul procedeului de rectificare a danturii cu piatră profilată este prezentat în

figura 5.92. Mişcările de lucru sunt următoarele:

- n – mişcarea principală de aşchiere,executată de sculă;

- wr – mişcarea de avans radial, executată de sculă sau

piesă, în vederea reglării adâncimii de aşchiere şi obţinerii

grosimii dintelui;

- wl – mişcarea de avans longitudinal executată de sculă

sau piesă, în scopul prelucrării dintelui pe toată lungimea lui;

- wd – mişcarea de divizare a piesei, pentru prelucrarea

succesivă a dinţilor;

- wp – mişcarea de poziţionare transversală a sculei

pentru reglarea simetriei dintelui.

La prelucrarea roţilor cu dantură înclinată, simultan cu wl

piesa execută şi o mişcare de rotaţie alternativă, din combina-

rea celor două mişcări rezultând o mişcare elicoidală alternati-

vă după elicea golului.

Prelucrarea unei piese se realizează în mai multe faze: de degroşare, semifinisare,

finisare, executate cu adâncimi de aşchiere diferite, după fiecare fază realizându-se

corectarea profilului, prin copiere după şablon, utilizând un mecanism tip pantograf cu

reducere la scară.

Maşinile de rectificat prin acest procedeu se deosebesc doar după elementul care

execută mişcările wr şi wl (scula sau piesa).

Principiul constructiv şi funcţional al unei maşini cu sculă deplasabilă este prezentat

în figura 5.93, în care s-au

notat:1-batiu;2-păpuşă mobilă;

3 - dorn port piesă; 4 - sanie

transversală; 5-cap de rectifi-

cat; 6-sanie longitudinală.

Mişcările executate de

maşină sunt aceleaşi cu cele

prezentate în figura 5.92.

Pe acest tip de maşină

se pot prelucra numai roţi cu

dinţi drepţi. Productivitatea es-

te ridicată, deoarece aşchie-

rea are loc pe toată lungimea

profilului, dar precizia este mai

redusă decât la prelucrările

Fig.5.92

Fig.5.92

Fig.5.93

174

prin rulare, datorită dificultăţilor de profilare precisă a sculei şi modificării profilului datorită

uzurii. Un avantaj al metodei este şi faptul că se pot prelucra şi alte forme ale profilului, la

roţi sau axe canelate, utilizând scule profilate corespunzătoare.

5.9.1.3.2. Maşini de rectificat dantura prin rulare.

Rectificarea danturilor prin rulare se realizează prin reproducerea angrenării piesei

de prelucrat cu o cremalieră imaginară, materializată parţial sau total de discul (discurile)

de rectificat.

Prin această metodă lucrează maşinile de rectificat cu disc dublu conic (procedeul

NILES), cu două discuri taler (procedeul MAAG) şi cele cu melc abraziv.

5.9.1.3.2.1. Maşini de rectificat dantura cu disc dublu conic (NILES).

Principiul procedeului este prezentat în figura 5.94. Discul de rectificat,S, având for-

ma dintelui cremalierei, execută mişcarea principală de

aşchiere n şi o mişcare de translaţie alternativă wl, orientată

pe direcţia dintelui, generând cremaliera fictivă C cu care

angrenează piesa P. De asemenea, el execută mişcarea de

avans radial wr, de reglare a adâncimii de aşchiere şi a

grosimii dintelui.

Piesa P execută mişcarea de rulare, care se obţine prin

combinarea mişcării de avans circular wc cu cea de avans

transversal wt, evolventa fiind generată prin rulare cu dreaptă

fixă. Există două variante de lucru privind mişcarea de rulare,

care conduc la precizii şi productivităţi diferite, şi anume:

- rularea pe un singur flanc;

- rularea simultană pe ambele flancuri.

La rularea pe un singur flanc, scula se reglează din miş-

carea wr astfel încât grosimea sa pe cercul de rostogolire să

fie mai mică decât grosimea dintelui cremalierei, piesa execu-

tând şi o mişcare de poziţionare repetată wp, având rolul trecerii sculei de pe un flanc pe

celălalt. Astfel, la rularea spre stânga se prelucrează flancul stâng, iar apoi se trece scula

pe flancul drept şi la rularea spre dreapta se prelucrează flancul drept, după care se

execută mişcarea de divizare wd şi începe ciclul următor. Aşadar, la un cilcu de rulare se

prelucrează flancurile unui singur gol.

La rularea pe ambele flancuri, scula se reglează din mişcarea wr astfel încât

grosimea dintelui său este mai mare decât a cremalierei, la rularea într-un sens

realizându-se prelucrarea pe ambele flancuri ale golului, după care se execută mişcarea

de divizare wd, la rularea în sens invers prelucrându-se flancurile golului următor, ş.a.m.d.

La un cilcu de rulare se prelucrează două goluri, productivitatea fiind dublă faţă de prima

variantă, dar precizia de prelucrare este mai redusă.

Fig.5.94

Fig.5.94

175

Principiul constructiv şi funcţional al maşinilor de rectificat dantura cu disc dublu co-

nic este prezentat în figu-

ra 5.95, în care s-au

notat: 1–batiu; 2–păpuşă

portsculă; 3 – suport ro-

tativ; 4–sanie portsculă;

5–păpuşă mobilă;6–dorn

portpiesă;7–montant;8–

sanie transversală. Miş-

cările de lucru au

aceeaşi notaţie şi

semnificaţie ca cele din

figura 5.94, având în

plus mişcarea de poziţio-

nare wi,de înclinare a ca-

pului de rectificat, pentru

reglarea direcţiei mişcării wl după direcţia dintelui (la prelucrarea roţilor cu dinţi înclinaţi).

Prelucrarea se poate realiza în mai multe treceri, cilcul de lucru desfăşurându-se în

mod automat.

5.9.1.3.2.2. Maşini de rectificat dantura cu două discuri (MAAG).

Aceste maşini utilizează două discuri abrazive în formă de taler, care materiali-

zează fiecare câte un flanc al cremalierei. Ele pot fi reglate în trei moduri diferite (fig.5.96):

Fig.5.95

Fig.5.95

Fig.5.96

176

- ambele discuri înclinate, aşezate în acelaşi gol (fig.5.96, a), metodă folosită la

prelucrarea danturilor de modul mare;

- cu discurile înclinate, dispuse în două goluri alăturate (fig.5.96, b);

- cu discurile paralele, dispuse în goluri diferite, peste n dinţi (fig.5.96, c).

Ultimele două moduri se utilizează la prelucrarea danturilor cu module mici.

Generarea evolventei are loc prin rulare cu dreaptă fixă, pe cercul de rostogolire

(fig.5.96, a şi b) sau pe cercul de bază (fig.5.96, c). În principiu, mişcările de lucru sunt

aceleaşi ca la maşinile NILES, dar la maşinile MAAG ciclul de lucru pentru prelucrarea

unui dinte presupune rulări multiple realizate simultan cu deplasarea longitudinală wl, după

care se execută mişcarea de divizare wd şi începe cilcul următor.

Principiul constructiv şi funcţional al maşinilor MAAG este prezentat în figura 5.97,în

care s-au notat:

1–sanie longitudi-

nală;

2–cadru suport;

3–tambur;

4-păpuşă portpiesă;

5-capete de recti-

ficat (două);

6-sănii portsculă

(două);

7-sanie radială;

8-montant;

9-batiu.

Mişcările de lucru, de reglare şi de poziţionare au aceleaşi notaţii în figurile 5.96 şi 5.97 şi

sunt următoarele:

- n – mişcarea principală de aşchiere, executată de sculele S;

- wc – mişcarea de avans circular, componentă a rulării, executată de piesa P;

- wt – mişcarea de avans transversal, componentă a rulării, executată de piesă

(păpuşa 4);

- wl – mişcarea de avans longitudinal, executată de piesă (sania 1);

- wd – mişcarea de divizare, executată de piesă;

- wr – mişcarea de avans radial, executată de scule (sania 7);

- wp1 – mişcarea de poziţionare a sculelor şi de compensare automată a uzurii lor;

- wp2 – mişcarea de poziţionare unghiulară a sculelor.

Rularea pe maşinile MAAG se realizează cu ajutorul unui mecanism specific,

reprezentat în figura 5.98, în care s-au păstrat notaţiile elementelor corespunzătoare din

Fig.5.97

Fig.5.97

177

figura 5.97. Pe arborele portpiesă, opus piesei, este montat tamburul 3 de care sunt fixate

capetele benzilor elastice B, celelalte capete fiind fixate de cadrul suport 2. Păpuşa port-

piesă 4 primeşte mişcarea wt (compo-

nentă a rulării) care se transmite prin

mecanismul cu bară articulată şi culisele

C2 şi C3 la cadrul 2, imprimând acestuia

simultan mişcarea wt1. Datorită benzilor

B, tamburul 3 capătă o mişcare

determinată de rotaţia în jurul axei, care

este mişcarea de avans circular wc,

cealaltă componentă a rulării.

Pentru a putea utiliza un tambur 3

de un anumit diametru la prelucrarea mai

multor roţi având diametre de rostogolire

diferite, se reglează lungimea braţelor x

şi y, prin deplasarea culisei blocabile C1

în mişcarea de poziţionare wp.

Pe maşinile MAAG se pot prelucra

roţi dinţate cilindrice cu dinţi drepţi şi

înclinaţi, în una sau mai multe treceri. Ca

şi la maşinile NILES divizarea se face discontinuu, ceea ce reduce productivitatea.

5.9.1.3.2.3. Maşini de rectificat dantura cu melc abraziv.

Rectificarea cu melc abraziv este asemănătoare ca principiu cinematic cu dantura -

rea cu freză melc, generarea evolventei având loc prin

rulare cu dreaptă mobilă.

Principiul de lucru al procedeului este redat în

figura5.99.

Scula, un melc abraziv de diametru mare, execută

mişcarea principală de aşchiere n şi mişcările de avans

radial wr, pentru reglarea adâncimii de aşchiere şi obţinerea

grosimii dintelui, şi de avans tangenţial, pentru utilizarea

integrală a sculei pe toată lungimea ei.

Piesa execută mişcarea de avans circular wc, în

scopul rulării cu cremaliera imaginară mobilă a sculei, şi

mişcarea de avans longitudinal wl, pentru prelucrarea

dinţilor pe toată lungimea lor.

Fig.5.98

Fig.5.98

FIG.5.99

178

Principiul constructiv şi funcţional al maşinilor de rectificat cu melc abraziv este

prezentat în figura 5.100, în care s-au notat următoarele elemente:

1-batiu;

2-montant;

3-sanie

longitudinală;

4-suport rotativ;

5-cap portpiesă;

6-păpuşă

portsculă;

7-dispozitiv de

profilare a sculei;

8-sanie radială;

9-sanie

tangenţială.

Mişcările de lucru sunt aceleaşi ca în figura 5.99, având în plus mişcările de poziţionare

wp1 – pentru înclinarea piesei, la prelucrarea dinţilor înclinaţi, wp2 – pentru reglarea radială

a piesei şi wi – mişcarea de avans pentru corijarea profilului melcului abraziv.

Pe aceste maşini se pot prelucra roţi cilindrice cu dinţi drepţi şi înclinaţi, de precizie

mai redusă decât pe maşinile NILES şi MAAG, dar cu o productivitate mult superioară,

datorită divizării continue şi avansului longitudinal de valoare mare, posibil datorită

diametrului mare al melcului.

5.9.1.3.3. Maşini de şeveruit dantura.

Şeveruirea este un procedeu de finisare a danturilor cilindrice prin răzuire, realizat

prin angrenarea forţată a roţii de prelucrat cu o sculă specială numită şever.

Şeverul este o roată dinţată cu profil evolventic

special cu dinţi înclinaţi, (fig.5.101), o cremalieră sau un

melc, confecţionată din oţel rapid, având practicate pe

flancuri o serie de canale orientate de la vârful către baza

dintelui, ale căror margini reprezintă muchiile aşchietoare

le sculei.

Principiul prelucrării prin şeveruire este prezentat în figura 5.102. Şeverul, întot-

deauna cu dantură înclinată, formează cu piesa de prelucrat un angrenaj cu axe încrucişa-

Fig.5.100

Fig.5.100

Fig.5.101

Fig.5.101

179

te, care determină un contact punctiform între flancuri, favorabil prelucrării, deoarece prin

aplicarea unor forţe exterioare mici se obţin presiuni de contact mari, necesare răzuirii.

Unghiul dintre axele celor două roţi se calculează cu formula:

sP , (5.55)

în care P şi ş sunt unghiurile de înclinare ale dinţilor piesei şi şeverului.

Imprimând şeverului o mişcare de rotaţie

care determină viteza tangenţială vTŞ,

descompunând această viteză după direcţiile

normală, vNd, şi de-a lungul dintelui, vAŞ, şi

punând condiţia de continuitate a angrenării (vNd

aceeaşi pentru sculă şi piesă), se obţine viteza

tangenţială a piesei, vTP, care proiectată pe

direcţia dintelui, dă viteza vAP. Viteza de

alunecare de-a lungul dintelui în punctul de

contact se calculează cu relaţia:

STSPTPASAPal vvvvv sinsin , (5.56)

care, în urma unor transformări devine:

SPSTSal tgvv sincos , (5.57)

relaţie care permite calculul vTŞ şi a turaţiei sculei

pentru realizarea unei val dorite.

Viteza de aşchiere vaş se obţine din compunerea val cu cea de alunecare pe

flancuri, care are valoare nulă pe cercul de rostogolire, astfel că putem scrie:

alas vv min . (5.58)

Deoarece şeverul are, de regulă, lăţime mai mică decât a roţii de prelucrat, pentru

prelucrarea dintelui pe toată lungimea lui piesa execută o mişcare de avans wl după o

direcţie înclinată cu unghiul , pe o lungime a cursei care să asigure ca şeverul să

depăşească marginile piesei. După valoarea unghiul , se cunosc trei metode de

prelucrare:

- = 0 – şeveruire cu avans axial;

- 0 – şeveruire cu avans diagonal;

- = 90 - şeveruire cu avans transversal (tangenţial).

Presiunea de contact poate fi realizată prin două metode:

- prin frânarea piesei cu un moment de frânare controlat, angrenarea fiind cu joc

între flancuri şi distanţa dintre axe constantă pe durata prelucrării;

- prin deplasarea sculei într-o mişcare de avans radial wr forţat, care determină

împănarea dintelui şeverului între dinţii roţii (angrenare fără joc, distanţă dintre axe

variabilă).

Fig.5.102

Fig.5.102

180

În figura 5.103 este prezentat principiul

constructiv şi funcţional al unei maşini de şeveruit

cu avans radial.

Ea se compune din următoarele elemente:

1 – placă de bază; 2 – batiu; 3 – consolă; 4 – sanie

longitudinală; 5 – suport oscilant; 6 – masă

longitudinală; 7 – păpuşă mobilă; 8 – cap de

şeveruit; 9 – păpuşă portşever.

In vederea prelucrării, piesa se introduce pe un

dorn care se roteşte liber între vârfuri. Masa 6 se

roteşte cu unghiul al direcţiei de avans (mişcarea

de poziţionare wp2), iar capul de şeveruit 8 cu

unghiul dintre axe (mişcarea de poziţionare wp1).

Şeverul, ca roată antrenoare, se roteşte cu

turaţia nS, pentru asigurarea unei viteze de aşchiere

minime dată de relaţia (5.58), iar piesa cu turaţia nP,

rezultată din raportul de transmitere. Se porneşte

mişcarea de avans longitudinal wl şi cea de avans

radial wr, care se execută până la atingerea distanţei finale dintre axe, pentru care dintele

are grosimea necesară. Periodic, se inversează sensul de rotaţie.

Suportul oscilant 5 poate executa, cu ajutorul unei came, o mişcare w0 de pendula-

re stânga-dreapta, sincronă cu avansul longitudinal wl, determinând prelucrarea unui dinte

bombat (mai gros la mijloc), care în funcţionare va prelua

mai bine solicitările (fig.5.104).

Şeveruirea este un procedeu foarte productiv, dar

necesită o sculă complicată şi scumpă, piesele trebuie

danturate cu un profil special, care să asigure adaosul de

şeveruire (de 0,1[mm]), şi nu se pot prelucra roţi tratate

termic la o duritate mai mare de 40 HRC. Este foarte utilizat

la prelucrarea roţilor dinţate din transmisiile auto.

5.9.2. Maşini pentru prelucrarea roţilor dinţate conice.

Roţile dinţate conice sunt de o diversitate mai mare decât cele cilindrice, după

forma şi direcţia dintelui (curba directoare) ele putând fi: cu dinţi drepţi, înclinaţi şi curbi (în

arc de cerc, spirală, ciloidă, evolventă), a căror prelucrare necesită maşini specializate

specifice.

Profilul teoretic al dinţilor roţilor conice (curba generatoare) este evolventa sferică,

curba care, datorită dificultăţilor de realizare practică, este înlocuită cu profile

aproximative, dependente de procedeul de prelucrare.

Fig.5.104

Fig.5.104

Fig.5.103

Fig.5.103

181

Danturile conice pot fi realizate prin diferite procedee tehnologice: prin turnare,

deformare plastică, sinterizare, dar cel mai frecvent şi cu precizii superioare, prin aşchiere.

După modul de realizare a curbei generatoare, se cunosc două metode de

prelucrare ale roţilor dinţate conice: prin copiere şi prin rulare. La ambele metode, curba

directoare poate fi materializată, generată cinematic sau imprimată prin rulare.

5.9.2.1. Prelucrarea danturilor conice prin copiere.

La prelucrarea danturilor conice prin copiere, curba generatoare este materializată

de tăişurile sculei aşchietoare, sau pe un şablon de pe care este transpusă pe piesă

utilizând dispozitive de copiat.

Principalul inconvenient la prelucrarea danturilor conice prin copiere este

determinat de variaţia modulului şi a profilului generator de-a lungul dintelui, care nu poate

fi realizat practic decât cu anumite aproximaţii dependente de procedeul de prelucrare şi

care determină o precizie de prelucrare mai mare sau mai mică.

Prin copiere, prelucrarea se poate realiza pe maşinile universale de frezat, cu

ajutorul capului divizor şi folosind ca scule frezele disc sau deget modul, prin rabotare şi

copiere după şablon (maşinile Heidenreich-Harbeck), prin broşare circulară (procedeul

Revacycle) sau prin frezare cu capete de frezat multicuţite (procedeul Formate-Gleason).

Prelucrarea danturilor conice pe maşinile universale de frezat are avantajul accesi-

bilităţii, dar precizia de prelucrare şi

productivitatea sunt reduse.

Principiul de prelucrare este prezentat în

figura 5.105,a. Piesa, strunjită la profilul exterior

al roţii, se prinde în capul divizor, acesta având

arborele principal înclinat astfel încât

generatoarea conului interior (de fund al dintelui)

să coincidă cu direcţia mişcării de avans

longitudinal wl. Se porneşte mişcarea principală n,

se reglează adâncimea de tăiere a dintelui

(mişcarea de avans radial wr) şi pornind mişcarea

de avans longitudinal wl se taie primul gol, după

care se aduce piesa în poziţia iniţială, se execută

mişcarea de divizare wd şi se prelucrează dintele

următor.

Deoarece profilul frezei melc corespunde

modulului minim al roţii, iar modulul variază de-a

lungul dintelui, pentru apropierea de adevărata

formă a golului este necesar ca prelucrarea să

se realizeze din minim trei treceri (fig.5.105,b): o

trecere de degroşare pe mijlocul golului ( = 0), Fig.5.105

182

iar apoi câte o trecere de finisare pe fiecare flanc al dinţilor ( 0).

Unghiul este unghiul dintre axa golului şi flancul dintelui şi se reglează prin rotirea

mesei maşinii în jurul axei verticale.

Mişcarea de divizare wd se realizează cu ajutorul capului divizor.

Prin acest procedeu se pot prelucra numai roţi conice cu dinţi drepţi sau înclinaţi, de

precizie redusă.

Prelucrarea danturilor prin broşare cu broşă circulară (procedeul Revacycle-

Gleason) asigură o precizie mult superioară procedeului anterior şi are o productivitate

foarte mare, fiind utilizat la prelucrarea roţilor cu dinţi drepţi în producţia de serie mare.

Principiul de lucru (simplificat) este prezentat în figura 5.106. Scula este o broşă cir-

culară formată din discul 1 pe care

sunt montaţi segmenţii dinţaţi 2,

dinţii fiind profilaţi evolventic,

corespunzător mărimii golului dintre

dinţi în diferitele secţiuni succesive

de-a lungul lui.

Broşa execută mişcarea prin-

cipală n simultan cu mişcarea de a-

vans longitudinal wl, astfel încât fie-

care dinte taie profilul în secţiunea

corespunzătoare pentru care a fost

proiectat. În timpul rotirii pe unghiul

de gol , piesa execută mişcarea

de divizare wd, iar scula revine în poziţia iniţială privind mişcarea wl, după care începe

prelucrarea dintelui următor. Broşa se roteşte continuu, la fiecare rotaţie fiind prelucrat un

dinte (timp de 2…6 [s]).

Maşina are o cinematică simplă, scula fiind complicată şi scumpă, pentru profilarea

ei fiind necesară o maşină specială de rectificat (de ascuţit).

Procedeul a fost conceput şi este destinat în principal prelucrării pinioanelor satelite

din diferenţialele autovehiculelor.

Celelalte procedee de prelucrare prin copiere, având o importanţă redusă, nu sunt

prezentate în această lucrare.

5.9.2.2. Maşini pentru prelucrarea danturilor conice prin rulare.

Prelucrarea danturilor conice prin rulare este mai răspândită decât metoda copierii,

deoarece curba generatoare este obţinută pe cale cinematică, la o precizie superioară, iar

metoda rulării permite realizarea unor curbe directoare rectilinii sau curbe de o mare

diversitate.

Fig.5.106

Fig.5.106

183

Prelucrarea danturilor conice prin metoda rulării se bazează pe angrenarea forţată

a semifabricatului cu o roată plană de generare.

Roata plană de generare RP (fig.5.107) este o roată conică imaginară, specifică fie-

cărui angrenaj conic în parte, obţinută prin degenerarea conurilor de rostogolire ale celor

două roţi într-un plan, 1,2 90 20 =180).Parametrii principali ai roţii plane sunt

raza medie R0m şi numărul de dinţi z0, care se calculează în funcţie de parametrii celor

două roţi ale angrenajului considerat, cu relaţiile:

.cos2

;sinsin2

21

2

2

2

10

2

2

1

1000

zzzzz

RRRRR ei

m

(5.59)

Pentru cazul particular = 1 + 2 = 90

(angrenaj cu axe perpendiculare) se obţin:

2

2

2

10

2

2

2

10 ; zzzRRR m . (5.60)

Profilul teoretic al dinţilor roţii plane este

o curbă de inflexiune foarte apropiată de li-

nia dreaptă, dar care nu poate fi realizată

practic la precizii ridicate, motiv pentru care

ea este înlocuită cu un profil rectiliniu.

Această aproximaţie duce la obţinerea unui

profil prelucrat diferit de cel teoretic

(evolventa sferică), fapt care nu influenţează însă funcţionarea angrenajelor conice, dacă

acestea sunt cu profil nedeplasat sau zero deplasat; în schimb, costurile de fabricaţie şi

de exploatare a sculelor se reduce considerabil, iar precizia de prelucrare a acestora

poate fi foarte ridicată.

Se cunosc mai multe procedee de prelucrare a danturilor conice prin rulare şi

anume: prin rabotare cu un cuţit (procedeul Bilgram) sau cu două cuţite (procedeul

Gleason); prin frezare periodică cu două freze disc (procedeul Beale) sau cu capete

portcuţite (procedeul Gleason); prin frezare continuă (procedeul Spiromatic, Fiat, etc.).

5.9.2.2.1. Maşini de danturat prin rabotare cu două cuţite.

Aceste maşini sunt destinate prelucrării roţilor dinţate cu dinţi drepţi sau înclinaţi,

prin rulare, utilizând procedeul rabotării.

Principiul procedeului este prezentat în figura 5.108. Pentru prelucrare se utilizează

două cuţite C1 şi C2, având forma din figura 5.108, a (pentru finisare), sau cea din figura

5.108, b (pentru degroşare). Cuţitele sunt fixate în doi suporţi portcuţit independenţi,

amplasaţi pe două sănii care se deplasează pe ghidajele G1 şi G2 (fig.5.108, c),

amplasate pe un tambur T care materializează roata plană la maşină. Unghiul se

reglează la va-

Fig.5.107

Fig.5.107

184

loarea unghiului dintre două

flancuri alăturate, sau dintre

doi dinţi alăturaţi ai roţii

plane.

Prin deplasarea în an-

tifază a celor două cuţite în

mişcarea principală de aşchi-

ere v, muchiile lor active ge-

nerează în spaţiu flancurile

dintelui roţii plane de referinţă

cu care va angrena semi-

fabricatul în procesul rulării.

Principiul constructiv şi funcţional al maşinilor de rabotat cu două cuţite este

prezentat în figura 5.109, în care s-au notat: 1-batiu; 2-sanie axială; 3-suport rotativ; 4-pă-

Fig.5.109

Fig.5.108

Fig.5.108

185

puşă portpiesă; 5 - sănii portscule; 6 - suporţi reglabili;7 - tamburul maşinii; 8 - păpuşă fixă.

O vedere din faţă, simplificată, a tamburului maşinii – elementul care materializează

roata plană de generare - este prezentată în figura

5.110, păstrând aceleaşi notaţii.

Suporţii 6 permit reglarea unghiului dintre

direcţiile de deplasare ale cuţitelor, prin mişcările de

poziţionare w, existând şi alte elemente şi mişcări,

nereprezentate, pentru reglarea lungimii şi poziţiei cursei

cuţitelor C, precum şi a direcţiei dinţilor.

Mişcările reprezentate la maşină sunt următoarele:

- v – mişcarea principală de aşchiere, realizată de cuţitele C;

- wc – mişcarea de avans circular, executată de tamburul 7 (roata plană) pe un

unghi limitat, componentă a rulării;

- wR – mişcarea de rulare a piesei, cealaltă componentă a rulării;

- wd – mişcarea de divizare discontinuă a piesei;

- wa – mişcarea de avans sau poziţionare axială a piesei, executată de sania 2;

- wp – mişcarea de poziţionare unghiulară a piesei, de reglare a coincidenţei

direcţiei generatoarei conului interior al roţii cu direcţia v, reglată la suportul 3.

Ciclul de lucru cuprinde următoarea succesiune de mişcări:

- iniţial, sculele se află în poziţia superioară executând mişcarea v, iar piesa este

retrasă axial (wa);

- se apropie rapid piesa (wa) până în poziţia prestabilită şi se pornesc mişcările de

rulare (wc şi wR);

- se execută faza de rulare directă, în care are loc tăierea dinţilor, până ce sculele

ies din angrenare cu piesa, ajungând la capătul inferior al cursei (wc);

- se retrage piesa (wa) şi se inversează sensul de rulare; în timpul rulării inverse

piesa execută şi mişcarea de divizare (wd);

- se reia automat ciclul de mai sus pentru prelucrarea dintelui următor.

Schema cinematică structurală a maşinii este prezentată în figura5.111,în care s-au

notat: C – cuţite de rabotat; P – piesa; T – tamburul maşinii; SA – sanie axială; Ka – camă

de avans axial; DC – disc de comandă; K – cuplaj; I – inversor; MD – mecanism de

divizare; Dif – mecanism diferenţial; ME – motor electric de antrenare a lanţurilor

cinematice; RSv – roţi de schimb pentru reglarea mişcării principale v; RSa – roţi de schimb

pentru reglarea mişcării de avans axial wa; RSc – roţi de schimb pentru reglarea mişcării

de avans circular wc; RSR – roţi de schimb de rulare; RSd – roţi de schimb de divizare. La

comenzi date de discul de comandă DC, inversorul I realizează inversarea sensului de

Fig.5.110

Fig.5.110

186

rulare, iar cuplajul K cuplează mecanismul de divizare MD pentru realizarea mişcării wd,

care este introdusă în lanţul de rulare (în faza de rulare inversă) prin mecanismul

diferenţial Dif.

Lanţurile cinematice al maşinii sunt următoarele:

- lanţul cinematic principal:

ME (n0) – 1 – RSv – D – B – C (v);

- lanţul cinematic de avans axial:

ME (n0) – 1 – RSa – 2 – 3 – 4 – Ka – SA (wa);

- lanţul cinematic de avans circular:

ME (n0) – 1 – RSa – 2 – I – RSc – 5 – T (wc);

- lanţul cinematic de divizare:

MD (0) – Dif – RSd – P (wd);

- lanţul cinematic de rulare:

T (wc) – 5 – RSR – Dif – RSd – P (wR).

Toate lanţurile cinematice se reglează prin roţile de schimb corespunzătoare, în

ordinea prezentată mai sus, formulele de reglare fiind indicate în cartea tehnică a maşinii.

Ciclul de lucru se desfăşoară semiautomat, maşina oprindu-se după prelucrarea

tuturor dinţilor.

Datorită procedeului de aşchiere (rabotarea) şi divizării discontinue, aceste maşini

au o productivitate redusă; având şi o rigiditate redusă, se recomandă utilizarea lor pentru

finisarea danturilor, degroşate anterior prin frezare cu scule profilate trapezoidal.

Fig.5.111

Fig.5.111

187

5.9.2.2.2. Maşini de frezat dantura curbă.

Roţile conice cu dinţi curbi prezintă, comparativ cu cele cu dinţi drepţi, o serie de

avantaje ce decurg din gradul de acoperire mare, care asigură un mers mai silenţios şi o

capacitate de transmitere a unor momente mai mari, la acelaşi gabarit. Aceste angrenaje

sunt mai puţin sensibile la erorile de execuţie şi de montaj, dar au o precizie cinematică

mai redusă, ceea ce le recomandă în principal pentru transmisiile auto, pentru care, de

fapt, au şi fost concepute.

Toate procedeele cunoscute generează evolventa prin rulare, iar forma dintelui

(curba directoare) pe roata plană de generare este aceea a unui arc dintr-o anumită curbă

materializată pe sculă (arc de cerc, spirală arhimedică), sau realizată cinematic prin rulare

(evolventa, cicloida) şi imprimată prin rulare.

Sculele utilizate sunt capete de frezat multicuţite, având diferite forme constructive

specifice, care asigură o productivitate ridicată, mai ales la procedeele cu divizare

continuă.

Spre exemplificare, în cele ce urmează se prezintă procedeul de prelucrare a

danturii curbe în arc de epicicloidă alungită (sau dantura eloidă) realizată pe maşinile

Spiromatic 2 (tip SKM2) -–produsă de firma Oerlikon din Elveţia.

Principiul de lucru al maşinilor Spiromatic este prezentat în figura 5.112. Sculele fo-

losite pe aceste maşini sunt capete de frezat cu 3…5 grupe de cuţite (S, fig.5.112) cu profil

trapezoidal, fiecare grupă având câte trei cuţite: 1–cuţit de degroşare, care lucrează numai

cu tăişul de vârf; 2 – cuţit de finisare, care cu tăişul său lateral exterior taie flancul concav

al dintelui; 3 – cuţit de finisare, care cu tăişul lateral interior taie flancul convex al dintelui.

Punctele de divizare A ale tuturor cuţitelor de tip 2, cu tăiere exterioară, se află pe un

cerc de diametru mai mare ca cel care uneşte punctele de divizare B ale cuţitelor de tip 3,

cu tăiere interioară.

Fig.5.112

188

Capul de frezat S este amplasat pe tamburul 5 (fig.5.113, 5.114) faţă de care poate

fi reglat excentric prin intermediul saniei radiale 6 (mişcarea wp4). El execută mişcarea

principală de aşchiere n, de rotaţie în jurul axei proprii.

Generarea curbei directoare a dintelui are loc prin combinarea mişcării de rotaţie a

sculei n cu mişcarea de rotaţie a roţii plane w3; prin rostogolirea rulantei r pe baza b în jurul

centrului instantaneu de rotaţie O, deoarece rA rB rr, punctele A şi B vor descrie două

epicicloide alungite A şi B, care reprezintă directoarele celor două flancuri ale dinţilor roţii

plane. Raportul de transmitere al celor două mişcări, n şi w3, corespunde raportului dintre

numărul de grupe de cuţite ale capului de frezat (zS) şi numărul de dinţi al roţii plane z0,

astfel încât grupele de cuţite intră succesiv în golurile dintre dinţi, care vin pe rând,

divizarea fiind continuă.

Procesul de danturare, care presupune şi realizarea profilului flancului dintelui

(curba generatoare), are loc în două faze succesive: în prima fază, scula S execută, pe

lângă mişcarea n, o mişcare de avans axial w1, de pătrundere pe adâncimea de

degroşare; în faza a doua, continuă mişcarea de pătrundere w1, dar tamburul 5 începe să

se rotească în mişcarea de avans circular w2 (componentă a rulării), iar roata plană

primeşte o mişcare de rotaţie suplimentară w3S (cealaltă componentă a rulării). Piesa de

prelucrat execută mişcările de rotaţie wP şi wPS, corespunzătoare mişcărilor w3 şi w3S şi

raportului de transmitere între roata plană şi piesă, astfel că prin rularea piesei cu roata

plană (mişcările w3S şi wPS) are loc generarea profilului evolventic al dinţilor. Pe durata

rulării piesa execută o rotaţie continuă multiplă (wP), astfel că golurile dintre dinţi sunt

tăiate în mod continuu, la sfârşitul fazei de rulare rezultând o roată cu dantura completă.

Principiul constructiv şi funcţional al maşinilor SKM2 este prezentat în figura 5.113,

În care s-au notat: 1-batiu;2-suport rotativ;3-păpuşă portpiesă;4-grindă de rigidizare;5-tam-

burul maşinii; 6-sanie radială; 7-păpuşă portsculă.

Fig.5.113

189

O vedere din faţă a tamburului 5 este prezentată în figura 5.114.

Mişcările de lucru sunt următoarele:

- n – mişcarea principală de aşchiere şi

componentă a rulării pentru generarea cinematică a

curbei directoare, executată de capul de frezat S;

- wP – mişcarea de rotaţie a piesei, cealaltă

componentă a rulării pentru generarea directoarei;

- w2 – mişcarea de avans circular a tamburului

5, componentă a rulării pentru generarea

evolventei;

- wPS – mişcarea de rotaţie suplimentară a piesei, cealaltă componentă a rulării

pentru generarea evolventei;

- w1 – mişcarea de avans axial, executată de păpuşa portsculă 7, pentru reglarea

adâncimii de tăiere a dintelui;

- wp1 – mişcarea de poziţionare a păpuşii portpiesă 3;

- wp2 – mişcarea de poziţionare unghiulară a piesei, executată de suportul 2;

- wp3 – mişcarea de poziţionare de înclinare a axei arborelui principal, astfel încât la

deplasarea păpuşii 7 în mişcarea w1, capul de frezat să lucreze cu partea de sus sau cu

cea de jos, prin aceasta obţinându-se sensul de înclinare a curbei directoare;

- wp4 – mişcarea de poziţionare radială a sculei, realizată de sania radială 6;

- wp5 – mişcarea de poziţionare verticală a arborelui portpiesă, pentru dezaxarea

faţă de arborele portsculă, în vederea prelucrării roţilor aparţinând angrenajelor dezaxate

(hipoide).

În timpul fazei de finisare şi de generare a evolventei, traversa 4 se blochează

hidraulic pe elementele de legătură, mărind rigiditatea sistemului şi contribuind astfel la

creşterea preciziei de prelucrare.

Aşchierea prin frezare continuă şi divizarea continuă, fac ca aceste maşini să aibă o

productivitate de cca. 4 ori mai mare decât cele de prelucrat prin rabotare, fiind

recomandate pentru producţia de serie.

Fig.5.114

Fig.5.114

1

6. Sisteme de fabricaţie

Sistemul de fabricaţie este o parte componentă a sistemului de producţie.

În general, prin sistem se înţelege un ansamblu de elemente aflate într-o relaţie

structurală de interdependenţă şi interacţiune reciprocă, formând un tot organizat,

funcţional. Sistemele sunt orientate ca scop, atunci când există un mijloc ce poate fi utilizat

pentru obţinerea rezultatelor dorite.

Sistemul de producţie este constituit din totalitatea componentelor naturale şi

artificiale (materii prime, materiale, energie, scule, dispozitive, utilaje tehnologice, clădiri),

oameni şi relaţii de producţie, concepte (teorii, metode, procedee) şi organizarea muncii,

având ca scop un obiectiv economico-social.

Sistemul de fabricaţie are rolul de realizare fizică (directă) a produsului, prin

transformări fizico-chimice şi de formă a fluxului material cu ajutorul fluxului energetic, prin

care informaţiile tehnologice (fluxul informaţional) se transferă produsului.

Schematizarea generală a unui sistem de fabricaţie (SF) este prezentată în fig. 6.1.

Subsistemul de prelucrare (Sb P) este format din

utilajele şi instalaţiile tehnologice, logistica industrială,

subsistemul de comandă şi reglare şi subsistemul de

diagnoză de proces. În subsistemul de prelucrare

interacţionează cele trei fluxuri (FM –flux material, FI –

flux informaţional, FE – flux energetic) şi transferă

informaţiile asupra produsului. FM este format din

materii prime, materiale, produse finite şi intermediare, scule dispozitive şi verificatoare. FI

conţine date tehnice referitoare la procesul de fabricaţie şi la produse, date cu caracter

economic pentru conducerea generală a sistemului de fabricaţie SF.

În funcţie de rigiditatea ciclului de lucru, sistemele de fabricaţie pot fi rigide şi

flexibile.

Ciclul de lucru reprezintă totalitatea mişcărilor de acţionare necesare prelucrării

unei piese pe o maşină-unealtă sau pe un sistem de maşini - unelte.

Ciclul de funcţionare rigid este ciclul ale căror elemente se succed într-o ordine

strictă, iniţial stabilită, în funcţie de procesul tehnologic şi maşina-unealtă dată. Oricare

modificare a ordinii elementelor ciclului impune modificări cinematice şi constructive ale

maşinii-unelte. Maşinile-unelte cu ciclul de lucru rigid sunt: strungurile automate mecanice,

maşinile-unelte agregat şi liniile automate de transfer.

Ciclul de funcţionare elastic este ciclul ale cărui elemente se succed într-o ordine

strictă, iar la un moment dat, această ordine poate fi modificată rapid şi cu uşurinţă, fără a

necesita nici o modificare cinematică sau constructivă a maşinii-unelte; este întâlnit la: ma-

şinile-unelte cu comandă numerică, centrele de prelucrare, sistemele de fabricaţie flexibilă.

Fig. 6.1

2

6.1 Sisteme de fabricaţie rigidă

Sistemul de maşini-unelte reprezintă totalitatea maşinilor-unelte, utilajelor

tehnologice şi de control, a instalaţiilor, legate între ele printr-o logistică industrială proprie

(mijloace de manipulare, stocare, depozitare, transport intern, gestiunea semifabricatelor,

pieselor finite), fiind destinat executării unui proces tehnologic unitar.

Sistemele de fabricaţie rigidă se caracterizează prin fluxul de material unisens, fără

întoarceri, deplasări laterale sau traiectorii intersectate, ordinea operaţiilor tehnologice fiind

strictă, fără a putea fi modificată în sistemul dat. În sistemele rigide se prelucrează unul

sau două repere, rar o familie unică de repere.

Sistemele de fabricaţie rigidă sunt destinate prelucrării în producţia de serie mare

sau de masă a semifabricatelor de tip: carcase şi plăci, bare circulare şi necirculare,

bucşe, discuri, piese standardizate şi atipice.

În funcţie de modul de agregare, sistemele rigide pot fi agregate serie, paralel şi

mixt, iar în funcţie de tipul sistemului de transfer: cu transfer liniar sau cu transfer circular.

6.1.1 Linii automate

Linia automată reprezintă un sistem de maşini-unelte dispuse în ordinea strictă a

fluxului tehnologic de prelucrare, caracterizat prin transportul automat al piesei de la un

post de lucru la altul, realizând transformarea automată a semifabricatului în piesă finită.

Liniile automate cuprind şi instalaţii pentru conducerea şi supravegherea de la

distanţă a procesului de prelucrare, pentru controlul activ al dimensiunilor prelucrate,

pentru acţionarea dispozitivelor de alimentare, poziţionare şi fixare a semifabricatelor şi

pentru depozitarea pieselor finite

Posturile de lucru ale unei linii automate pot fi formate din: maşini-unelte agregat,

strunguri automate, maşini-unelte automate, precum şi agregate de spălat, control

tratament termic, montaj.

Liniile automate sunt destinate prelucrării pieselor din grupa carcaselor, blocurilor

motoare, arborilor cotiţi, bielelor, furcilor cardanice, pistoanelor, etc. Pe o linie automată se

poate efectua un număr mare de operaţii distincte de prelucrare, aceasta fiind utilizată în

producţia de serie mare şi masă, pentru fabricarea pieselor cu formă geometrică

complicată şi dimensiuni mici şi mijlocii.

6.1.1.1. Clasificarea liniilor automate

După principiul de funcţionare:

- linii automate cu funcţionare sincronă (cu legătură rigidă între posturile de lucru);

- linii automate cu funcţionare asincronă ( cu legătură elastică).

După tipul maşinilor-unelte care compun posturile de lucru:

- linii automate formate din : - maşini-unelte universale;

3

- maşini-unelte specializate;

- maşini-unelte speciale,

- maşini-unelte agregat.

După tipul transportului piesei:

- linii automate staţionare;

- linii automate rotoare.

După tipul procesului tehnologic realizat:

- linii automate pe care se realizează un singur tip de operaţii;

- linii automate combinate.

După caracterul programului de automatizare a ciclului de lucru:

- linii automate cu program rigid;

- linii automate cu program elastic.

După construcţia liniei:

- linii automate cu un singur flux de prelucrare;

- linii automate ramificate ( cu mai multe fluxuri).

6.1.1.2. Structura liniilor automate

Deoarece prelucrarea piesei pe o linie automată are loc în mai multe posturi de

lucru, liniile automate sunt supuse procesului de agregare, putând funcţiona după

principiul agregării în serie, paralel şi mixt.

În figura 6. 2 sunt prezentate câteva scheme de compunere a liniilor automate cu

un singur flux.

Fig.6.2

4

Astfel, în figura 6. 2, a este prezentată o linie cu transport direct, agregată în serie,

iar în figura 6. 2, b este prezentată tot o linie cu transport direct, agregată în serie, dar cu

prelucrare bilaterală a piesei. În figura 6. 2, c este prezentată o linie automată cu transport

paralel, cu agregare în serie, iar în figura 6. 2, d , o linie automată cu transport paralel şi cu

agregare paralelă.

Structura unei linii automate sincrone cu transport direct cuprinde, în afară de

posturile de lucru şi alte posturi şi instalaţii (fig. 6. 3 ).

Posturile de lucru sunt dispuse echidistant între ele, iar transportul semifabricatului

de la un post de lucru la următorul se face cu transportoare numite “pas cu pas”. În

general, posturile de lucru sunt constituite din maşini-unelte agregat cu posibilităţi de

prelucrare a pieselor de formă paralelipipedică, precum şi a pieselor de formă neregulată.

Fig.6.3

Părţile componente sunt: 1- panou hidraulic central al liniei; 2- dispozitiv de

acţionare a transportorului; 3- sistem de răcire cu recirculare ( pentru răcirea sculelor şi a

piesei); 4- transportor pas cu pas ( pentru transportul semifabricatului de la un post de

lucru la altul); 5- post de alimentare cu semifabricat; 6- dispozitive de bazare şi fixare a

piesei, în vederea prelucrării; 7- post de lucru; 8- dispozitive de rotire a piesei în plan

orizontal, în vederea executării prelucrării mai multor suprafeţe ale piesei; 9- dispozitive de

răsturnare şi vibrare a piesei ( pentru îndepărtarea aşchiilor); 10- posturi de control; 11-

dispozitive de rotire în plan vertical; 12- transportor colector de aşchii (conduce aşchiile în

ladă –14);13- post de evacuare a piesei finite; 15- pupitrul central (comandă desfăşurarea

automată a ciclului de lucru); 16- dulapul cu aparataj electric.

6.2 Sisteme flexibile de fabricaţie

Sistemele de fabricaţie actuale sunt rezultatul unei evoluţii de peste 100 de ani şi

constituie modul de răspuns al acestora la modificările apărute în mediul economic în care

acţionau. Necesitatea de adaptare continuă la modificările care survin în mediul economic

5

a determinat constituirea sistemelor flexibile de fabricaţie.

În ultimii ani, flexibilitatea a devenit un concept fundamental în cadrul sistemelor de

fabricaţie, ea fiind noul mod de răspuns al sistemelor de fabricaţie la cerinţele pieţii.

Flexibilitatea în sens general, este capacitatea sistemului de fabricaţie de adaptare

rapidă la cerinţele pieţii, prin executarea de sarcini de porducţie variabile în timp scurt, cu

cheltuieli şi modificări structurale minime şi funcţionare profitabilă pe un interval lung de

timp. Flexibilitatea este capacitatea sistemului de a răspunde eficient tehnico-economic la

codiţiile variabile: tehnologice (modificarea ordinii operaţiilor, diversitatea traseelor

sculelor, serii de fabricaţie variabile) şi funcţionale (modificarea regimurilor de aşchiere,

modificarea traseelor de transport, modificarea mărimii şi geometriei sistemului de

fabricaţie, necesitatea unui număr variabil de scule, grade de încărcare diferite ale

maşinilor-unelte).

Sistemul flexibil de fabricaţie este sistemul de fabricaţie cu un nou comportament,

ca răspuns la sarcinile actuale impuse de piaţă: diversitate, seria de fabricaţie,

complexitatea produselor, timp de livrare şi cost. El constă într-un ansamblu de utilaje

tehnologice, predominante fiind maşinile-unelte CNC, interconectate între ele prin

intermediul unor sisteme automate de transport / transfer şi gestiune şi controlat printr-un

sistem integrat de calculatoare

Sistemul flexibil de fabricaţie reprezintă un proces evolutiv, o modalitate nouă de

organizare şi conducere a procesului de producţie, care încorporează cele mai recente

dezvoltări în microelectronică, maşini-unelte CNC, manipulatoare, roboţi industriali, tehnici

avansate de diagnoză, metode moderne de automatizare a fluxului de informaţii şi de

materiale, sisteme expert, tehnologia senzorilor, programe de nivel înalt, inteligenţă

artificială.

Sistemele flexibile şi-au făcut apariţia în contextul necesităţii obiective de creştere a

exigenţelor şi performanţelor producţiei de serie mică şi mijlocie la nivel superior. Ele şi-au

aflat consacrarea în spaţiul vast al tehnologiilor de prelucrare prin aşchiere, vizând

dezvoltarea sistemelor integrate de fabricaţie, capabile să efectueze în mod complet

automatizat, toate operaţiile necesare obţinerii unui produs finit, de la preluarea lui din

magazie, sub formă de semifabricat şi până la asamblarea şi controlul final al calităţii.

În timp ce sistemele automatizate rigide, sunt concepute pentru realizarea unei

singure sarcini de fabricaţie, sistemele flexibile sunt gândite astfel încât să se poată

transforma în vederea realizării mai multor variante de produse. Elementele de bază ale

noilor structuri flexibile le constituie maşinile-unelte cu comandă numerică (CN sau CNC),

centrele de prelucrare, roboţii, manipulatoarele, transportoarele automate.

Principalele caracteristici ale sistemelor flexibile de fabricaţie, prin care acestea se

diferenţiază faţă de sistemele de producţie rigide sunt:

- flexibilitatea;

- capacitatea de a accepta semifabricate într-o ordine aleatoare;

6

- capacitatea de prelucrare simultană sau succesivă a unor piese diferite

aparţinând unei aceleiaşi familii, utilizând scule şi dispozitive de prindere/ fixare necesare

la o anumită maşină, în secvenţa dorită;

- utilizarea în domeniul producţiei de unicate, serie mică şi mijlocie;

- autonomie funcţională pentru trei schimburi, fără intervenţia operatorului uman,

pentru funcţiile direct productive;

- utilizează maşini-unelte cu comandă numerică, roboţi industriali, sisteme

automate de transport, mini- sau microcalculatoare;

- realizează încărcarea intensivă a maşinilor.

Entitatea organizatorică în care se realizează fabricaţia flexibilă este denumită

generic “sistem flexibil de fabricaţie”.

Structura organizatorică pe 4 niveluri ierarhice a unui sistem flexibil de fabricaţie,

este prezentată în figura 6. 4, în care:

1 - fabrică automatizată flexibil ;

2 - ateliere (sisteme) flexibile de fabrica-

ţie (SFF);

3 - celule flexibile de fabricaţie (CFF);

4 - unităţi (module) flexibile de fabricaţie

(MFF);

5 - linii flexibile de fabricaţie (LFF);

6 - maşini-unelte cu comandă numerică

deservite de roboţi.

Componentele principale ale acestei structuri sunt :

Modulul flexibil de fabricaţie (MFF) este compus dintr-un centru de prelucrare, un

depozit multipalete, un schimbător de palete şi un dispozitiv de schimbare a sculelor, care

poate funcţiona în regim automat.

Celula flexibilă de fabricaţie (CFF) este compusă din două sau mai multe module MFF

de acelaşi tip, cu maşini conduse direct prin calculator.

Linia flexibilă de fabricaţie (LFF) este situată de către literatura de specialitate

germană, la acelaşi nivel cu CFF. Linia flexibilă de fabricaţie este reuniunea mai multor

MFF diferite sau de acelaşi tip.

Atelierul (sistemul) flexibil de fabricaţie (SFF) este o reuniune de CFF interconectate

prin sisteme automate de transport (vehicule ghidate automat controlate de calculator),

care deplasează paletele, piesele şi sculele între maşini. Tot sistemul este sub controlul

direct al unui calculator central sau local, care coordonează maşinile-unelte cu comandă

numerică.

Fabrica (uzina) automatizată flexibil rezultă din compunerea mai multor SFF, procesul

de fabricaţie fiind complet automatizat.

Evoluţia automatizării flexibile a fabricaţiei s-a înscris pe traiectoria maşină-unealtă

cu comandă numerică – centru de prelucrare – celulă flexibilă de fabricaţie – sistem flexibil

Fig.6.4

Fig.6.4

7

de fabricaţie – atelier flexibil – vizând, în viitor fabrica complet automatizată ( “fabrica fără

operatori umani”).

6.2.1 Structura sistemului flexibil de fabricaţie

Sistemul flexibil de fabricaţie a fost constituit prin:

- aplicarea comenzii numerice la maşinile-unelte, în general, şi la centrele de

prelucrare, în particular;

- dezvoltarea unor tehnologii auxiliare variate necesare automatizării: sistemul de

transfer automat al sculelor, compus din magazii de scule, mână mecanică, mecanism de

indexare arbore principal; transportul automat al pieselor şi sculelor în sistem; paletizarea;

depozite automate de piese etc.;

- introducerea calculatorului electronic pentru comanda sistemului.

Sistemul flexibil de fabricaţie poate fi considerat ca un sistem cibernetic cu

posibilităţi proprii de autoreglare şi optimizare a proceselor de prelucrare, prin integrarea

unor elemente de inteligenţă artificială, sub comanda centralizată a calculatorului.

Din punct de vedere structural, sistemul flexibil de fabricaţie este alcătuit din trei

subsisteme: - subsistemul de prelucrare;

- subsistemul logistic al materialelor, sculelor şi instrumentelor;

- subsistemul informaţional.

Subsistemul de prelucrare reuneşte maşini-unelte cu comandă numerică, centre de

prelucrare sau celule şi unităţi flexibile, dispuse într-o configuraţie de tip serie, paralelă sau

mixtă, care realizează în regim automat, sub conducerea calculatorului electronic,

prelucrarea semifabricatelor, schimbarea sculelor, supravegherea procesului de prelucrare

şi controlul calităţii.

Maşinile-unelte utilizate în cadrul sistemului flexibil de prelucrare acoperă o gamă

foarte largă, cele mai reprezentative fiind: centrul de prelucrare, strung, strung cu batiu

înclinat, maşină de frezat şi alezat, maşină de găurit, maşini-unelte agregat cu cap

revolver şi cu capete multiaxe, maşină de rectificat, maşină de prelucrat prin

electroeroziune, maşină de prelucrat prin ultrasunete, etc., precum şi maşini speciale:

măşină de măsurat în coordonate, maşină de spălat, maşină de debavurat.

Subsistemul logistic al materialelor şi sculelor cuprinde ansamblul de mecanisme şi

mijloace utilizate pentru transferul în spaţiu (manipulare, transport) şi transferul în timp

(depozitare) a semifabricatelor, pieselor finite, sculelor, dispozitivelor, verificatoarelor,

materialelor auxiliare, aşchiilor şi deşeurilor, lichidelor de răcire-ungere. Automatizarea

acestuia reprezintă o condiţie obligatorie pentru funcţionarea unui sistem flexibil de

fabricaţie şi cuprinde:

- automatizarea fluxului de semifabricate şi piese finite;

- automatizarea fluxului de scule;

- automatizarea fluxului de dispozitive, verificatoare;

8

- automatizarea fluxului de materiale auxiliare, aşchii, lichide de răcire, ungere

şi deşeuri.

Subsistemul informaţional realizează comanda şi controlul în regim automat al

celorlalte două subsisteme, prin culegerea, prelucrarea, memorarea şi transmiterea

informaţiilor privind mişcările în spaţiu şi timp ale semifabricatelor, pieselor finite, sculelor

şi dispozitivelor, stadiul curent de realizare a sarcinilor tehnologice de fabricaţie,

comportarea maşinilor, procesele de prelucrare şi control, etc.

Conducerea sistemului flexibil de fabricaţie şi asigurarea unei exploatări optime a

fiecărei maşini ce intră în componenţa acestuia sunt simultan realizate pe baza sistemelor

modulare de programe, depozitate în memoria calculatorului electronic şi transmise

maşinilor-unelte cu comandă numerică în funcţie de necesităţi. Calculatorul electronic

reprezintă elementul de legătură fundamental care conferă unitate, flexibilitate, mobilitate

şi autonomie operaţională întregului sistem flexibil.

6.2.2 Celula flexibilă de fabricaţie

Celula flexibilă de fabricaţie, veriga de bază a sistemului flexibil de prelucrare, se

prezintă ca o unitate autonomă de prelucrare rezultată în urma completării unui centru de

prelucrare cu un modul de manipulare şi înmagazinare a pieselor, compus din magazin de

palete, mecanism de transfer al acestora şi un post de încărcare / descărcare, în unele

cazuri adăugându-se posturi de curăţire / spălare a pieselor, de prereglare şi măsurare a

sculelor şi dialog permanent cu calculatorul de proces, magazii suplimentare de scule cu

mecanismul de transfer aferent.

În figura 6. 5 este prezentata spre exemplificare structura unei celule flexibile de

fabricaţie, de construcţie românească tip CPFH 320 CF (500 CF).

Fig.6.5

9

Elementele care intră în structura celulei flexibile de fabricaţie sunt:

1 - centrul de prelucrare (CPFH); 2 - panoul de comandă numerică CNC; 3 - centrul de

comandă cu calculatorul (C); 4 - schimbător de palete mobil (SPM); 5 - stocator de palete

(SP); 6 - maşini de spălat (M Sp); 7 - maşini de măsurat (MM); 8 - post de încărcare –

descărcare (PID); 9 - magazie de piese (MP); 10 - manipulator (M);11 - magazie de scule

(MS);12 - robot industrial (RI); 13 - panou hidraulic (PH); 14 - tabloul electric.

218

7. Maşini şi scule pentru prelucrări prin presare la rece.

Presarea la rece este un procedeu de prelucrare mecanică a pieselor prin presiune,

fără detaşare de aşchii, din semifabricate tip tablă sau bară laminată. Ea prezintă o serie

de avantaje tehnico-economice, comparativ cu alte procedee de prelucrare, şi anume:

- se pot obţine piese de formă complexă, dificil sau chiar imposibil de realizat prin

alte procedee;

- consum specific redus de metal, ceea ce permite realizarea unor piese cu

greutate redusă;

- grad mare de utilizare a materialului;

- productivitate ridicată;

- posibilităţi largi de automatizare;

- costuri de fabricaţie reduse.

Comparativ cu prelucrările prin aşchiere, prelucrările prin presare prezintă

următoarele dezavantaje:

- precizie dimensională şi de formă mai redusă;

- rigiditate mai mică, chiar dacă se utilizează metode de mărire a rigidităţii

(nervurare, bordurare, etc.);

- necesitatea unor prelucrări sau ajustări ulterioare, în vederea ridicării preciziei la

unele cote având toleranţe mici.

Aplicarea procedeului necesită utilaje simple, dar dispozitivele de lucru sunt

complicate şi scumpe, astfel că procedeul se aplică numai în cazul producţiei de serie şi

masă.

7.1. Operaţii de presare la rece.

Procedeul de presare la rece cuprinde un număr mare de operaţii diverse, a căror

clasificare se face în primul rând, după caracterul deformaţiilor, în două grupe:

- operaţii de tăiere – caracterizate prin separarea parţială sau totală a piesei de

semifabricat, realizată prin forfecare;

- operaţii de matriţare – care modifică forma şi dimensiunile semifabricatului prin

deformare plastică, fără separare de material.

Operaţiile de tăiere, prezentate în figura 7.1, sunt următoarele:

- debitarea (fig.7.1, a) – este operaţia de separare a piesei de semifabircat prin

tăiere după un contur deschis, cu sau fără obţinere de deşeu;

- decuparea (fig.7.1, b) – este operaţia de separare a piesei de semifabricat prin

tăiere după un contur închis;

219

- perforarea (fig.7.1, c) – este operaţia de separare a deşeului de piesă prin tăiere

după un contur închis;

- crestarea (fig.7.1, d) – este operaţia de tăiere parţială a piesei după un contur

deschis.

Operaţiile de matriţare pot fi grupate la rândul lor în două grupe:

- operaţii cu modificarea formei semifabricatului, fără redistribuirea voită a

materialului, care cuprinde următoarele subgrupe de operaţii: de îndoire, de ambutisare şi

de fasonare;

- operaţii cu modificarea formei semifabricatului şi redistribuirea voită a materialului,

sau operaţii de presare volumică.

Operaţiile de îndoire, prezentate în figura 7.2, sunt următoarele:

- îndoirea simplă (fig.7.2,a) – este operaţia de curbare a unui semifabricat plan în

jurul unei axe de îndoire;

- roluirea (fig.7.2,b) – este operaţia de curbare completă a unui semifabricat plan

după o anumită rază;

- răsucirea (fig.7.2,c) – este operaţia de rotire a semifabricatului în jurul axei sale

geometrice.

Operaţiile de ambutisare, prezentate în figura 7.3, sunt următoarele:

- ambutisarea propriu-zisă (fig.7.3,a) – este operaţia de transformare a unui

semifabricat plan într-o piesă cavă, sau modificarea formei şi dimensiunilor acesteia;

Fig.7.2

Fig.7.2

Fig.7.3

Fig.7.3

Fig.7.1

Fig.7.1

220

- ambutisarea cu subţierea voită a materialului (fig.7.3,b) – este operaţia de subţiere

a pereţilor unei piese cave, realizată prin tragere printr-o placă activă cu diametrul mai mic;

- tragerea pe calapod (tipar) (fig.7.3,c) – este operaţia de transformare a unui

semifabricat plan într-o piesă profilată, prin întindere şi curbare pe un calapod.

Operaţiile de fasonare, prezentate în figura 7.4, sunt următoarele:

- reliefarea (fig.7.4,a) – este operaţia de formare a unui relief concav-convex prin

întinderea locală a materialului piesei;

- răsfrângerea interioară (fig.7.4,b) sau exterioară (fig.7.4,c) – constă în deformarea

marginilor pe un contur închis, pentru formarea unui bosaj sau a unei borduri;

- bordurarea (fig.7.4,d) – este operaţia de formare a unei borduri semicirculare sau

circulare, la marginea unei piese cave;

- gâtuirea (fig.7.4,e) – este operaţia de micşorare a dimensiunii transversale a unei

piese cave sau tubulare, prin presarea radială a materialului spre interior;

- lărgirea (fig.7.4,f) – este operaţia de mărire a dimensiunii transversale a unei piese

cave sau tubulare, prin presarea radială a materialului spre exterior.

Operaţiile de presare volumică, prezentate în figura 7.5, sunt următoarele:

- lăţirea (fig.7.5,a) – este operaţia de micşorare a înălţimii unei piese pline, prin

deplasarea liberă a materialului în direcţie transversală;

F

Fig.7.4

Fig.7.4

Fig.7.5

221

- refularea (fig.7.5,b) – este operaţia de îngroşare locală a piesei, prin deplasarea şi

redistribuirea voită a materialului;

- extrudarea (fig.7.5,c) – este operaţia de micşorare a diametrului unei piese, sau

realizarea unei piese cu pereţi subţiri prin deplasarea materialului printre elementele active

ale matriţei;

- calibrarea (fig.7.5,d) – este operaţia de realizare a unor dimensiuni şi forme

precise la exteriorul sau interiorul unei piese;

- ştamparea (fig.7.5,e) – este operaţia de imprimare a unui relief concav-convex pe

suprafaţa unei piese, prin modificarea locală a grosimii acesteia.

Prelucrarea prin presare la rece a pieselor se poate face prin una din operaţiile

simple prezentate mai sus, sau prin operaţii combinate: de ştanţare, de matriţare sau de

ştanţare şi matriţare.

Operaţiile combinate pot fi: simultane, succesive, sau simultan-succesive. Operaţiile

combinate simultane se realizează la o singură cursă a berbecului presei, într-un singur

post de lucru; operaţiile combinate succesive se obţin prin deplasarea semifabricatului prin

mai multe posturi ale dispozitivului de lucru, fiind necesare tot atâtea curse ale berbecului.

Prin combinarea operaţiilor se obţine o creştere a productivităţii şi a preciziei de prelucrare

7.2. Dispozitive pentru presarea la rece.

Dispozitivele pentru presarea la rece, în funcţie de operaţia sau operaţiile de

presare pe care le execută, se clasifică astfel:

- dispozitive de ştanţare, sau ştanţe, destinate exclusiv operaţiilor de ştanţare, pot fi

simple (pentru o singură operaţie de ştanţare) sau combinate (pentru realizarea mai multor

operaţii simple de ştanţare), cu acţiune simultană, succesivă sau simultan-succesivă;

- dispozitive de matriţare, sau matriţe, destinate efectuării operaţiilor de matriţare,

pot fi simple sau combinate, cu acţiune simultană, succesivă sau simultan-succesivă; cele

combinate se folosesc mai rar decât cele simple;

- dispozitive combinate de ştanţare şi matriţare, destinate prelucrării simultane,

succesive, sau simultan-succesiv prin ambele tipuri de operaţii.

Elementele principale ale unui dispozitiv de presare la rece sunt sculele: poansonul

şi placa activă, care au forme şi denumiri specifice operaţiilor de presare pe care le

execută (de decupare, de îndoire, de ambutisare, etc.).

Fiecare grupă de dispozitive conţine o mare varietate de construcţii specifice pentru

prelucrarea diferitelor tipuri de piese, existând chiar cataloage de ştanţe şi matriţe. În

continuare, spre exemplificare, vor fi prezentate câteva tipuri mai uzuale.

7.2.1. Ştanţe pentru decupare-perforare.

După modul de funcţionare, ştanţele de decupare-perforare pot fi cu acţiune simplă,

simultană, succesivă sau simultan-succesivă.

După modul de ghidare a sculelor, sunt de următoarele tipuri: fără ghidare, cu placă

222

de ghidare, cu coloane de ghidare şi cu ghidare combinată.

Ştanţele fără ghidare, sau deschise, se utilizează la prelucrarea în serie mică a

pieselor simple de dimensiuni mari şi precizie redusă. Subansamblul mobil se fixează de

berbecul presei fără a fi ghidat faţă de subansamblul fix, care se montează pe masa

maşinii, apărând deficienţe de centrare şi reglare care reduc precizia de prelucrare şi

durabilitatea sculelor; de aceea aceste dispozitive sunt mai puţin folosite.

Ştanţele cu ghidare, sau închise, elimină dezavantajele de mai sus, cele mai

performante fiind cele cu coloane de ghidare sau cu ghidare combinată.

După numărul de coloane, pot fi: cu două coloane, amplasate în partea posterioară

a ştanţei sau în diagonală şi cu patru coloane (pentru semifabricate individuale).

În figura 7.6 este prezentată a ştanţă cu două coloane de ghidare, care se compune

din următoarele elemente:1-placă de ba-

ză;2-placă tăietoare;3-coloane de ghida-

re;4-bolţuri de ghidare;5,6-rigle de con-

ducere a benzii;7-placă de apăsare;8-ar-

curi de apăsare;9-tije de limitare a cursei

plăcii de apăsare; 10-bucşe de ghidare;

11-placă superioară (de cap);12-placă de

sprijin;13-placă portpoanson;14-poanson

15-cep pentru prinderea subansamblului

mobil de berbecul maşinii; 16-opritor fix.

Placa tăietoare şi poansonul se

construiesc din oţeluri aliate tratate ter-

mic la o duritate de cca.55 HRC – pentru

poanson, şi cca. 65 HRC – pentru placă.

Pentru reducerea frecărilor şi a uzurilor

poansonului, precum şi pentru evacua-

rea uşoară a piesei (sau deşeului), ale-

zajul din placă este tronconic (cu unghi

mic). Jocul radial dintre poanson şi placa

tăietoare este dependent de grosimea semifabricatului, g, şi de natura materialului de

prelucrat, având valoarea:

gjr 05,0...02,0 . (7.1)

Ştanţa funcţionează în felul următor: semifabricatul, sub formă de bandă, se

introduce între riglele de conducere; pornind cursa de coborâre a berbecului presei, placa

de apăsare 7 apasă semifabricatul pe placa tăietoare cu o forţă de apăsare determinată

de arcurile 8, pentru asigurarea stabilităţii acestuia în timpul forfecării, iar apoi coboară şi

poansonul 14, realizând decuparea (perforarea), piesa (deşeul) fiind evacuat prin alezajul

din placa de bază într-un buncăr de colectare; la ridicarea berbecului, întâi se ridică

Fig.7.6

223

poansonul, iar după extragerea lui din semifabricat (piesă) se ridică şi placa de apăsare,

permiţând avansul benzii în vederea prelucrării piesei următoare.

Avansul benzii se poate face manual, dar cel mai frecvent în mod automat, la

fiecare cursă a berbecului fiind prelucrată o piesă.

Datorită jocului dintre poanson şi placa tăietoare şi centrării necorespunzătoare a

acestora, la ştanţarea obişnuită forfecarea materialului este însoţită de eforturi de încovo-

iere şi de tracţiune,care determină apariţia unor defecte ale

piesei decupate (fig.7.7) şi anume: înclinarea pereţilor

laterali cu un unghi (eroare de conicitate) însoţită de o

rugozitate mare; rotunjirea muchiei inferioare cu raza r;

apariţia unei bavuri la muchia superioară. Aceste erori pot fi

corectate parţial prin supunerea piesei la o operaţie de

calibrare, ulterioară decupării.

Obţinerea unor piese cu o precizie dimensională ridicată (0,01 [m]), rugozităţi

până la Ra = 0,4 [m] şi erori minime de formă este posibilă prin utilizarea procedeului de

ştanţare de precizie, prezentat în figura 7.8, a, în care s-au notat: 1 - poanson; 2 - placă de

apăsare; 3 - placă tăietoare; 4 - contrapoanson.

Placa de apăsare,prevăzută cu o muchie având forma din figurile 7.8,b sau c şi co-

tele dependente de grosimea semifabricatului, este apăsată cu o forţă mare, Q1, care de-

termină imprimarea muchiei în semifabricat, generând o stare de comprimare radială a

materialului înaintea forfecării. În timpul coborârii poansonului, acţionat cu forţa F Q2,

contrapoansonul se opune cu forţa Q2 care determină o comprimare axială a materialului

piesei pe durata forfecării. Efectul stării complexe de eforturi din material în zona de tăiere

este apariţia unei forfecări aproape pure a materialului, şi obţinerea unor piese de înaltă

precizie.

Aşa cum a rezultat mai sus, acţionarea unei ştanţe de precizie necesită o presă cu

triplă acţiune (cu trei berbeci). Viteza de deplasare a poansonului trebuie să fie mică (v =

5…15 [mm/s]), iar forţele controlate, astfel încât acţionarea acestor prese este realizată

aproape exclusiv cu sisteme hidraulice.

Procedeul ştanţării de precizie este foarte răspândit în industria de mecanică fină, la

realizarea plăcilor şi a roţilor dinţate pentru orologerie şi alte aparate, asigurând precizii şi

productivităţi ridicate, la un cost redus.

Fig.7.7

Fig.7.7

Fig.7.8

Fig.7.8

224

7.2.2. Matriţe pentru îndoire.

Operaţia de îndoire este dintre cele mai răspândite operaţii de matriţare la rece,

realizată pentru semifabricate din tablă sau profilate. În funcţie de volumul producţiei şi de

mărimea pieselor, îndoirea se poate realiza în mai multe moduri:

- cu dispozitive manuale, pentru producţia de unicate, la îndoirea pieselor de

gorsime mică şi pe lungimi relativ reduse;

- pe maşini speciale de îndoit, mecanizate, pentru producţia de unicate şi serie,

pentru piese cu grosimi şi lungimi mari;

- cu ajutorul matriţelor acţionate de prese, pentru producţia de serie mare, la piese

de mărimi mici şi mijlocii.

Construcţia matriţelor de îndoire este, în general, mai simplă decât a ştanţelor, dar

puternic dependentă de forma piesei şi de numărul axelor de îndoire, care determină

forma sculelor: poansonul şi placa de îndoire. Între cele două elemente trebuie să existe

un joc, având mărimea dependentă de grosimea g a materialului: j = (1…1,2)g, iar la

stabilirea formei (unghiuri, raze) trebuie să se ţină cont de fenomenul de arcuire a piesei,

adică de modificarea formei şi dimensiunilor acesteia după eliberarea din matriţă, datorită

revenirilor elastice. Arcuirea depinde foarte mult şi de forţa aplicată în faza finală a

operaţiei de îndoire, faza de calibrare.

După destinaţie, matriţele pot fi: universale şi speciale, acestea din urmă fiind cele

mai răspândite.

După complexitate, există matriţe simple, destinate îndoirilor simple după o singură

direcţie, longitudinală sau transversală, şi matriţe complexe, destinate realizării unor profile

complicate sau simple, dar care necesită îndoiri după ambele direcţii. Profilele complexe

pot fi realizate prin mai multe operaţii de îndoire simplă, realizate cu matriţe simple, sau

printr-o singură operaţie utilizând o matriţă complexă, în acest caz productivitatea şi

precizia de prelucrare fiind mult mai bune.

Cea mai simplă matriţă de îndoire după o axă are un poanson (riglă) unghiular şi o

placă de îndoire de formă prismatică, conjugată poansonului.

În figura 7.9 este prezentată o matriţă simplă de îndoire

cu saboţi oscilanţi, utilizată pentru realizarea unei piese

profilate în formă de T. O astfel de piesă se execută din

două operaţii de îndoire: la prima operaţie semifabricatul

plan este îndoit în formă de U, iar la a a doua operaţie,

realizată pe matriţa de mai sus, se obţine forma finită.

Matriţa este compusă din următoarele elemente:1-placă de

bază; 2 - plăci înclinate; 3 -saboţi oscilanţi; 4-dorn profilat;

5-arcuri; 6-placă superioară. Piesa, îndoită în formă de U,se

introduce pe dornul 4 (stânga), iar după coborârea berbecului presei (dreapta), aceasta,

prin acţiunea saboţilor profilaţi 3 ia forma dornului 4.

Fig.7.9

225

7.2.3. Matriţe pentru ambutisare.

Operaţiile de ambutisare se realizează cu ajutorul matriţelor de ambutisare, pe

prese cu dublă acţiune, sau cu dispozitive combinate de decupare-ambutisare, pe prese

cu simplă sau dublă acţiune.

În timpul operaţiei de ambutisare apar deformaţii plastice intense şi curgeri ale

materialului după direcţiile radială şi tangenţială, apărând pericolul cutării semifabricatului

şi ruperii lui. Prevenirea formării cutelor pe flanşa semifabricatului se asigură prin reţinerea

acestuia, realizată prin apăsarea axială cu un inel de reţinere, acţionat de berbec sau de

nişte arcuri cu o forţă determinată şi limitat de placa de ambutisare. Pentru micşorarea

forţelor de frecare, care reduc gradul de deformare al materialului şi măresc pericolul

fisurării şi ruperii semifabricatului, suprafeţele active ale matriţei se prelucrează cât mai fin,

iar semifabricatul se unge cu un lubrifiant corespunzător.

În figura7.10 este prezentat, parţial, un dispozitiv combinat de decupare-ambutisare

alcătuit din următoarele elemente: 1-

poanson de ambutisare; 2-poanson de

decupare; 3-placă de decupare-ambutisare;

4-inel exterior extensibil; 5-placă de bază.

Acţionarea dispozitului se face pe o

presă cu dublă acţiune. Mai întâi coboară

poansonul 2 care realizează decuparea şi

care în continuare joacă rol de inel de reţi-

nere, apăsând semifabricatul decupat pe

placa 3 cu o forţă Q, pentru împiedicarea

cutării lui în procesul ambutisării,iar apoi co-

boară şi poansonul 1, până când piesa co-

boară sub inelul extractor 4. La ridicarea poansonului 1, inelul 4 extrage piesa de pe poan-

son, iar după ridicarea şi a poansonului 2, banda avansează în vederea prelucrării piesei

următoare. Gaura g din poansonul 1 asigură evacuarea aerului în timpul fazei de

ambutisare.

Pe lângă matriţele cu poanson rigid, există şi construcţii care utilizează poansoane

elastice din cauciuc sau mase plastice, sau chiar un lichid sub presiune, care permit

realizarea unor piese cu forme interioare ce nu pot fi obţinute cu un poanson rigid.

7.3. Maşini pentru presarea la rece.

Clasificarea maşinilor pentru prelucrări prin deformare la rece se poate face

considerând diferite criterii, după cum urmează.

După natura operaţiilor pe care le execută, pot fi împărţite în două grupe: maşini

pentru tăiere (sau foarfeci) şi maşini pentru presare (sau prese).

Maşinile de presat sunt, la rândul lor, de mai multe tipuri.

Fig.7.10

Fig.7.10

226

După numărul culisoarelor (al berbecilor), presele pot fi: cu simplă acţiune, cu

dublă, triplă sau multiplă acţiune.

După natura mecanismelor de acţionare, există prese mecanice, hidraulice şi

pneumatice.

După construcţia batiului, presele pot fi cu batiu deschis şi cu batiu închis (pentru

forţe mari).

După gradul de specializare în producţie, există maşini de presat universale,

specializate şi speciale.

Presele mecanice pot fi clasificate, în primul rând, după tipul mecanismului de

acţionare a culisoarelor, după care se cunosc: prese cu manivelă (excentric), cu şurub, cu

fricţiune, cu genunchi, etc.

Cele mai răspândite sunt presele mecanice cu simplă acţiune, cu manivelă, cu batiu

deschis, care sunt maşini universale de presat destinate prelucrărilor de ştanţare (de-

bitare, perforare, decupare) şi de matriţare (îndoire, ambutisare, etc.). Ele se construiesc

pentru lungimi mici ale cursei berbecului şi pentru forţe mici şi mijlocii (până la 100 [tf]).

Principiul constructiv şi funcţional al preselor mecanice cu manivelă, cu simplă

acţiune, cu batiu deschis neînclinabil şi cu masă fixă, este prezentat în figura 7.11, în care

s-au notat: 1-batiu; 2-masă fixă; 3-culisor (berbec); 4-sertar; 5-siguranţă; 6-semicuplă

sferică;7-capac;8-şurub de reglare;9-contrapiuliţă;10-corp bielă;11-cuplaj cu dinţi;12-bucşă

excentrică; 13, 18-apărători; 14-arbore principal; 15-frână; 16-cuplaj; 17-volant; 19-motor

electric; T-transmisie cu curele.

Maşina dispune de un singur lanţ cinematic – cel principal – având următoarea

formulă structurală:

19 (n0) – T – 17 – 16 – 15 – 14 (n) – 10 – 3 (v). (7.2)

El nu dispune de mecanism de reglare a turaţiei n, numărul maxim de curse duble

pe minut ale culisorului 3 fiind determinat de turaţia motorului, n0, şi raportul de transmitere

al transmisiei prin curele T.

Volantul 17 este prevăzut în scopul acumulării energiei cinetice pe unghiul de

rotaţie în gol, energie pe care o cedează apoi la sfârşitul cursei active (de lucru), pe

unghiul corespunzător efectuării presării (maxim 30). Lucrul mecanic cedat de volant, în

timpul unei operaţii, poate fi calculat cu relaţia:

lFJL m

2

2

2

2

1 , (7.3)

în care J este momentul de inerţie al volantului, 1 , 2 – vitezele unghiulare la începutul şi

sfârşitul fazei de presare, Fm – forţa medie de presare, l – lungimea efectivă de presare şi

- randamentul lanţului cinematic. Admiţând o variaţie a turaţiei între 10[%] (la

funcţionarea în regim automat) şi 30 [%] (în regim de curse singulare), se obţin lucrurile

mecanice corespunzătoare:

225,0

2

1 JLa şi 2

5,02

1 JLS . (7.4)

227

Utilizarea volantului permite alegerea motorului electric la o putere medie pe ciclu

de lucru şi nu la puterea maximă efectiv necesară în faza de presare, prin aceasta

reducându-se costurile şi crescând randamentul.

Cuplajul 16 are rolul cuplării-decuplării volantului de arborele principal 14. La

funcţionarea în regim automat, el rămâne cuplat permanent; la funcţionarea în regim de

curse singulare, el cuplează elementele doar pentru o rotaţie completă, după care

decuplează automat, aşteptând o nouă comandă în vederea efectuării cursei următoare.

Datorită solicitărilor dinamice mari, acest cuplaj are o construcţie specială, o varian-

tă frecvent întâlnită fiind cea din figura 7.11,b, în care este prezentat cuplajul cu pană roti-

toare. În volantul 17 sunt practicate găurile semicirculare G, având aceeaşi rază cu pana

rotitoare semicilindrică 21, acţionată de arcul 20, fixat la celălalt capăt de arborele 14.

Dacă opritorul 22 este tras în jos pentru un timp scurt, în momentul în care prima gaură G

din volant ajunge în dreptul penei, aceasta se roteşte cuplând volantul cu arborele

(fig.7.11,c). Prin revenirea opritorului în poziţia iniţială, după efectuarea unei rotaţii

arborele aduce pana din nou în dreptul opritorului, care o obligă să se rotească în jurul

axei sale; retrăgându-se în locaşul său din arbore, pana decuplează mişcarea.

Fig.7.11

Fig.7.11

228

Frâna 15 are rolul de a opri mişcarea în momentul în care culisorul 3 ajunge în pozi-

ţia superioară, pentru care subansamblul mobil al ştanţei sau matriţei este ridicat, permi-

ţând alimentarea cu semifabricat. Comanda sa este sincronizată cu mişcarea principală v.

Transformarea mişcării de rotaţie în mişcare de translaţie este realizată de

mecanismul bielă-manivelă. Pentru reglarea mărimii cursei berbecului, pe cepul excentric

al arborelui principal (având excentricitatea e1) este montată o bucşă excentrică cu ex-

centricitatea e2, a cărei poziţie unghiulară poate fi reglată cu ajutorul cuplajului cu dinţi 11.

Mărimea excentricităţii rezultante e se poate calcula în funcţie de e1, e2 şi unghiul

dintre direcţiile celor două excentricităţi, cu relaţia:

cos2 21

2

2

2

1 eeeee , (7.5)

valorile extreme fiind:

.21min21max eeesieee (7.6)

Lungimea cursei berbecului lc se calculează cu relaţia:

elc 2 . (7.7)

Poziţia cursei berbecului se reglează prin scurtarea sau lungirea bielei, realizată cu

ajutorul şurubului de reglare 8, după care se blochează cu contrapiuliţa 9.

Siguranţa 5, introdusă între semicupla sferică 6 şi culisorul 3, are rolul de a proteja

presa la suprasarcini accidentale. Ea are forma din desen, secţiunea minimă fiind

calculată să se foarfece la depăsirea forţei maxime admisibile de presare, protejând astfel

celelalte elemente ale lanţului cinematic. Pentru schimbarea ei, este prevăzut sertarul 4.

În partea inferioară, culisorul 3 este prevăzut cu o gaură în care se introduce şi se

fixează cepul 15 (fig.7.6) pentru ridicarea subansamblului mobil al ştanţei (matriţei).

Masa maşinii, 2, este prevăzută cu canale în formă de T, pentru prinderea, cu

ajutorul şuruburilor sau a bridelor, a subansamblului fix al ştanţei (matriţei).

Caracteristicile principale ale preselor mecanice, în baza cărora se aleg în vederea

unei anumite prelucrări, sunt: forţa nominală, FN [kN]; cursa nominală, lc [mm]; numărul de

curse duble pe minut în regim automat, n [cd/min]; lucrul mecanic disponibil La şi LS [Nm];

numărul treptelor de reglare a lungimii cursei şi puterea instalată.

Datorită forţelor şi vitezelor mari, maşinile de presat prezintă pericol mare de

accidentare a personalului de deservire, accidentele din atelierele de presare fiind dintre

cele mai frecvente şi mai grave, datorită şi stresului creeat de zgomot şi de concentrarea

atenţiei.

Pentru protecţia personalului, organele de comandă ale presei sunt dublate, astfel

încât să solicite utilizarea ambelor mâini, iar la presele mari, se utilizează sisteme de

protecţie cu fotocelule care nu permit pornirea maşinii în cazul prezenţei unor obiecte

străine în spaţiul de lucru.