Sisteme de avans (II) Câteva aspecte de ordin economic

Masini-Unelte

de Corneliu Gornic

Sisteme de avans (II) Câteva aspecte de ordin economic

Cred că nu este nevoie să citez definițiile consacrate ale mecanismelor de avans. Ceea ce vreau să precizez este faptul că în cadrul acestui material voi considera în categoria mecanisme de avans sistemele, mecanismele care: deplasează scula/piesa pentru efectuarea operațiilor de prelucrare; poziționează/orientează scula/piesa în vederea efectuării unor operații tehnologice, după o axă liniară/circulară (de rotație); asigură creșterea preciziei de prelucrare fie prin noi concepte referitoare la mașina-unealtă (hardware mecanic), fie corectează în timp real poziția sculei în raport cu sistemul de coordonate (software); permit utilizarea unor procedee de prelucrare inovative.

Realizarea funcțiilor mai sus enumerate trebuie să satisfacă o serie de condiții, impuse de cerințele prelucrărilor pe mașini-unelte. În acest sens trebuie menționate următoarele condiții:

Duratele (timpii) de realizare a oricăreia din faze (prelucrare, poziționare, schimbarea sculei/piesei/ accesoriului etc) trebuie să fie cât mai scurte, pentru a asigura o productivitate cât mai mare. Legată de această condiție este durata care include perioada tranzitorie, adică timpul scurs între inițierea mișcării și atingerea vitezei de regim (palier, viteză constantă), deplasarea cu viteză constantă, frânare și, eventual, schimbarea sensului/direcției de deplasare.

Intervine în acest caz accelerația (mișcării liniare sau de rotație), care permite realizarea unor durate minime ale regimurilor tranzitorii (atingerea vitezei de regim). Accelerația intervine și în cazul inversării sensului mișcării (de translație, de rotație, sau care se efectuează după curbe diferite).

Conform celei de a doua legi a mecanicii F=mxa (F este forța; m este masa care trebuie deplasată; a este accelerația), deci cu cât accelerația este mai mare, cu atât solicitarea mecanismelor este mai mare. Solicitările conduc la deformări, care sunt cu atât mai mari cu cât rigiditatea sistemului (raportul dintre efort și deformație) este mai mică. În timpul fazelor/perioadelor tranzitorii apar vibrații (liniare sau de rotație, sau ambele simultan). Atât mecanismele de avans, cât și structura mașinii-unelte trebuie să fie apte să diminueze (amortizeze) aceste vibrații. Efectul acestora se regăsește în calitatea (rugozitatea) suprafeței prelucrate, în durabilitatea sculei, în uzura unor componente ale mașinii-unelte etc. Pentru evitarea apariției vibrațiilor, producătorii de mașiniunelte și colaboratorii lor (furnizori de componente, de software etc) caută și găsesc soluții care să satisfacă cerințele utilizatorilor.

O altă condiție esențială pe care trebuie s-o satisfacă sistemele de avans (de deplasare/poziționare) este precizia efectuării deplasării.

Aceasta are două componente:

a. Eroarea sistematică (considerată ca valoare medie a diferențelor dintre poziția dorită/comandată și cea realizată efectiv);

b. Împrăștierea valorilor abaterilor (diferența dintre abaterea maximă și cea minimă), care depinde de o mulțime de factori externi sau interni, care, la rândul lor fluctuează în spațiu și timp.

La prelucrarea unor suprafețe complexe apar, în plus față de problemele menționate mai sus, elemente suplimentare, cum sunt:

a. Uzura sculei;

b. Schimbarea frecventă a direcției și a sensului de deplasare pe una sau mai multe axe (direcții) simultan;

c. Variația condițiilor de mediu și ale mașinii-unelte - în special variația temperaturii – dar și variații ale: rigidității, preciziei în spațiu etc.

Am specificat mai sus faptul că precizia mașinii-unelte are o mare influență asupra preciziei de prelucrare (în special). Trebuie să menționez faptul că la o mașină-unealtă cu trei axe de coordonate există 21 (douăzecișiunul) grade de libertate și anume:

a. Rectilinitatea deplasării pe cele trei axe, în două planuri perpendiculare: 3x2=6;

b. Erori de deplasare în lungul axei: 3x1=3;

c. Erori de rotație în jurul unor axe. Este vorba de abaterile de

α- tangaj – rotire în jurul axei perpendiculare pe direcția de deplasare;

β- ruliu – rotire în jurul axei de deplasare;

γ- girație – rotire în jurul unei axe perpendiculare pe planul de deplasare: 3x3=9;

d. Perpendicularitatea dintre cele trei axe – două câte două: 3x1=3.

Dacă numărul axelor de coordonate crește, se va mări și numărul gradelor de libertate. Ca urmare, se mărește complexitatea problemelor care intervin în realizarea a cel puțin două deziderate ale prelucrărilor prin așchiere: precizia de prelucrare și durata fazelor (principale sau auxiliare).

Pentru a complica și mai mult lucrurile, specialiștii în mașini-unelte consideră că metodele clasice de verificare a preciziei mașinilor-unelte trebuie reconsiderate din mai mute puncte de vedere și anume:

  1. Deplasarea relativă piesă-sculă este spațială, motiv pentru care verificarea preciziei de deplasare trebuie făcută spațial, adică prin includerea simultană în valoarea globală a erorii relative a tuturor componentelor erorii de deplasare (conform celor de mai sus). Acest fapt implică aparatură și metode de verificare diferite față de ceea ce se practică în prezent în mod obișnuit. Dar atât aparatura cât și metodele necesită încă timp înainte de a fi acceptate și aplicate de către producătorii și beneficiarii mașinilor-unelte. O mențiune specială: aceste verificări se fac, de obicei și în conformitate cu standardele în vigoare, în lipsa eforturilor (forțe și cupluri) de așchiere, iar uneori, se cere și stabilizarea termică a unor ansambluri (de obicei sistemul arborelui principal, dacă nu este posibilă stabilizarea termică a întregii mașini-unelte);
  2. Pe de altă parte, chiar dacă se verifică eroarea spațială (prin deplasarea simultană sau secvențială pe cel puțin trei axe de coordonate liniare), este necesară evidențierea comportării mașinii-unelte în regim dinamic (chiar în lipsa eforturilor de așchiere), prin mișcări care să asigure realizarea de contururi/suprafețe curbe (conturare). Această caracteristică se evidențiază prin verificarea erorii de interpolare circulară, prin deplasarea simultană pe două axe perpendiculare, în trei planuri diferite, prin combinarea a două câte două axe. Verificarea se face cu aparatură specială (tip ball-bar mecanic sau cu laser), metodă care evidențiază și calitatea reglajelor, dar poate evalua peste 40 de parametri, indicând și ponderea diferiților parametri în eroarea totală de circularitate (parametri ai preciziei geometrice, erori de reglare, erori ale traductoarelor etc). Acestea se referă, în special, la reglajele dinamicii sistemului de comandă/acționare în funcție de condițiile reale (mase de deplasat) și este (deocamdată) singura metodă de verificare a reglajelor sistemelor de acționare în funcție de inerțiile sistemului mecanic.
  3. Toate problemele menționate mai sus sunt prezente simultan și influențează negativ precizia de prelucrare, dar și solicitarea și comportarea sistemelor mașinii-unelte. Pentru că aceste elemente nu pot fi eliminate în totalitate (unele, doar în condiții speciale de mediu – incinte termostatate, cu atmosferă condiționată), sau a căror diminuare conduce la costuri de fabricație (și de vânzare) neacceptate (uneori) de utilizator, prin colaborarea dintre producătorul de mașini-unelte și alte categorii de specialiști (în special în programare și hardware) s-au realizat mașini-unelte cu sisteme de comandă care permit compensarea unor erori, raportate la nivelul vârfului sculei (înțelegând prin aceasta poziția axei sculei), astfel încât suprafața prelucrată să fie realizată cu precizie. Se au în vedere și erori generate de existența unor diferențe între pozițiile vârfului sculei și planul de măsurare (abateri de tip Abbe).

În numărul viitor voi prezenta modalități de rezolvare, de preîntâmpinare a efectelor nedorite ale unor parametri prezenți în procesul de așchiere.

Bibliografia este disponibilă pe www.ttonline.ro.


Accept cookie

www.ttonline.ro utilizează fişiere de tip cookie pentru a personaliza și îmbunătăți experiența ta pe Website-ul nostru.

Te informăm că ne-am actualizat politicile pentru a integra în acestea și în activitatea curentă a www.ttonline.ro cele mai recente modificări propuse de Regulamentul (UE) 2016/679 privind protecția persoanelor fizice în ceea ce privește prelucrarea datelor cu caracter personal și privind libera
circulație a acestor date. Înainte de a continua navigarea pe Website-ul nostru, te rugăm să aloci timpul necesar pentru a citi și înțelege conținutul Politicii de Cookie.

Prin continuarea navigării pe Website-ul nostru confirmi acceptarea utilizării fişierelor de tip cookie conform Politicii de Cookie. Îți mulțumim pentru acest accept și nu uita totuși că poți modifica în orice moment setările acestor fişiere cookie urmând instrucțiunile din Politica de Cookie.