Sisteme de avans (III): Aspecte de ordin tehnic

Masini-Unelte

de Corneliu Gornic

Sisteme de avans (III): Aspecte de ordin tehnic

Utilizatorii mașinilor-unelte au nevoie de o precizie cât mai mare și stabilă în timp și în întregul spațiu de lucru. În acest sens, producătorii mașinilor-unelte caută și aplică soluții cât mai eficiente pentru satisfacerea acestor deziderate. Pe de altă parte, inginerii de mașini-unelte (proiectanți, executanți, cercetători, utilizatori, cei din serviciile de întreținere etc) sunt ingineri de sistem, integratori de sisteme. Din acest motiv, desfășurarea cu succes a activității lor presupune multe, variate cunoștințe, informații, date referitoare la materialele de prelucrat, la procedee de prelucrare, la suprafețe de prelucrat, la precizia de formă și de poziție a suprafețelor de prelucrat, la rugozitatea acestora etc.

Toate aceste condiții trebuie luate în considerare pentru a evita evoluțiile nefavorabile (modificarea) în timp și spațiu ale pozițiilor relative piesă-sculă, în afara pozițiilor programate (indiferent de forma curbei pe care se face deplasarea relativă sau a variației comandate a pozițiilor relative piesă-sculă, poziții liniare sau unghiulare). Cu alte cuvinte, toate problemele legate de mașinile-unelte trebuie tratate multidisciplinar, pentru a putea evidenția măsuri și soluții de evitare a apariției unor fenomene negative, cu influență nedorită asupra rezultatelor prelucrărilor.

Acestea sunt printre motivele care necesită abordarea complexă a problemelor, chiar dacă, uneori, se tratează o funcție sau un ansamblu anume. De aceea este necesar, adesea, „să aruncăm o privire și în curtea vecinului”, în sensul de a încerca să înțelegem, să anticipăm ce s-ar putea întâmpla dacă se neglijează, se uită efectele pe care un ansamblu/ fenomen le-ar putea avea asupra întregului (adică asupra mașinii-unelte și, mai ales, asupra rezultatelor prelucrării). Iată de ce la abordarea unui ansamblu funcțional sau a funcțiilor acestuia trebuie avut în vedere ansamblul general și conexiunile în dinamica desfășurării proceselor.

Care sunt soluțiile gândite, realizate, încercate și confirmate în practică? Iar dacă soluția acceptată se dovedește imperfectă (la nivelul considerațiilor), ce-i de făcut, cum se pot compensa în timpul prelucrării erori datorate fenomenelor prezente în timpul proceselor de așchiere?

Acestea sunt întrebări la care trebuie să se răspundă, să se găsească cauzele și să se stabilească măsuri de „îndreptare” în viitor.

Figura 4.1.

  • FIGURA 4.1.

4.1 Structuri (noi) pentru mecanisme de avans

4.1.1 EVITAREA EFECTULUI DE GIRAȚIE (rotirea în jurul unei axe perpendiculare pe planul de deplasare)

Acționarea săniilor – atât a celor orizontale, cât și a celor verticale – cu sisteme duble de șuruburi cu bile minimizează erorile de girație (rotire față de o axă perpendiculară pe direcția de deplasare) [16] (figura 4.1).

În cazul unor mașini-unelte grele (de tip mașini orizontale de alezare și frezare cu montant mobil) se adoptă soluții diferite pentru deplasarea montantului și pentru deplasarea păpușii și anume [68]:

FIGURA 4.2.

  • FIGURA 4.2.

- acţionarea montantului se face cu un sistem master-slave (figura 4.2)

  • cu un sistem dublu servomotor – reductor – pinion;
  • cu preîncărcare electronică şi comandă electronică a celor două acţionări în funcţie de regimul de funcţionare;

- păpuşa este acţionată simetric cu două şuruburi cu bile, iar structura păpușii este de tip box-in-box (figura 4.3).

FIGURA 4.3

  • FIGURA 4.3.

Toate ghidajele sunt liniare de rostogolire.

În alte situații, s-a modificat structura box-in-box într-o structură de tip batiu înclinat (figura 4.4). La această nouă structură:

  • acţionarea montantului este în centrul de greutate al principalelor componente (ansambluri) ale maşinii;
  • se asigură o distanţă minimă între ghidajele axei Z şi axa arborelui principal;
  • deşi rigiditatea este mare, masa este mai mică, de unde rezultă performanţe dinamice mărite: acceleraţii 0,5 g, viteză de deplasare de până la 50 m/min.

FIGURA 4.4

  • FIGURA 4.4.

NOTĂ: Nu există certitudinea că soluția a fost adoptată în producția de serie.

Axele de avans liniare sunt acționate cu câte două șuruburi cu bile amplasate simetric (ceea ce diminuează abaterea de girație), iar axele de rotație (A) și de basculare (B) sunt acționate cu arbori motorizați (direct drive). Acestea asigură o dinamică ridicată a acționărilor și o rigiditate mărită [17].

O altă abordare/soluție a fost rigidizarea sistemului de avans, care a constat în următoarele:

  • acționarea avansurilor cu șuruburi cu bile și piulițe duble, pretensionate;
  • planurile de acționare, de ghidare și de măsurare a deplasării sunt foarte apropiate (figura 4.5 ) [68].

FIGURA 4.5.

  • FIGURA 4.5.

Din cunoștințele mele am reținut că la începutul celui de-al 5-lea deceniu din secolul XX a fost inventată platforma STEWART, care, utilizând 6 sisteme de deplasare liniare prin conectarea (cu articulații sferice) unei baze fixe cu o platformă mobilă, poate asigura deplasarea platformei mobile cu 6 grade de libertate: trei liniare și trei unghiulare. Deplasările (atât cele liniare, cât și cele unghiulare) se efectuează cu accelerații și cu viteze mari. Utilizarea lor extensivă a fost îngrădită de rigiditatea scăzută a articulațiilor la un moment dat al dezvoltărilor tehnologice. Odată cu rezolvarea acestei probleme constructive (sistem de rulmenți preîncărcați, acționare cu șuruburi cu bile cu piulițe pretensionate), acest neajuns a fost rezolvat. Au apărut aplicații care satisfăceau condiții specifice solicitate de anumite prelucrări (de exemplu, suprafețe complexe ale unor componente din aliaje de aluminiu din industriile aerospațiale), soluții care au fost combinate cu alte structuri de mașini-unelte grele (figura 4.6) [68].

FIGURA 4.6.

  • FIGURA 4.6.

Acționarea structurii arborelui principal (motorizatdirect drive) permite deplasări simultane liniare pe trei axe și pe trei axe unghiulare. Datorită curselor liniare relativ mici, structura a fost înglobată în culisa mașinii orizontale de alezare și frezare. Axele unghiulare permit efectuarea de operații cu „unghi negativ”, adică în spatele fețelor frontale. Astfel se pot prelucra suprafețe care necesită o modificare rapidă a poziției relative (liniare și/sau unghiulare) piesă/sculă, datorită complexității suprafețelor de prelucrat și materialelor pieselor respective.

Trackmotion TMF sunt axe liniare modulare foarte rezistente la murdărie (impurități), oferind o mare rigiditate, datorită rolelor și ghidajelor mari utilizate. Structura sudată oferă o distribuție optimă a sarcinilor pe ghidaje, asigurând o funcționare foarte silențioasă. Axele liniare modulare, cu acționare prin mecanism pinion-cremalieră sunt destinate utilizării în diverse aplicații, cum sunt mașini de sudat, debitare cu plasmă, procesare mecanică, turnare, ambalare etc. Ele se montează direct pe un batiu corespunzător. Se oferă un înalt nivel de standardizare al produselor în toate domeniile, până la posibilitatea combinării modulare complexe [36] (figura 4.7).

FIGURA 4.7.

  • FIGURA 4.7.

Servo-acționările cu transmisie melcată sunt fabricate în șase game. Reductoarele oferite sunt și de tip reductor planetar, cu randament ridicat și cu mare capacitate de transmitere a puterii. Oferă, de asemenea, o gamă largă de cremaliere și pinioane, inclusiv variante la cererea specială a beneficiarului. Gama produselor - dezvoltate și executate - include sisteme de deplasare liniare și de acționare. Componentele realizate sunt modulare, care permit planificarea, construcția și utilizarea mașinilor și instalațiilor mult mai eficientă. Compania asigură asistență și colaborare în timpul fazei de proiectare [40]. Compania poate executa orice tip de angrenaj pinion-cremalieră, în conformitate cu cerințele beneficiarului.

Acest mecanism este un sistem economic de acționare, în special pentru curse mai mari de 2 m. El se utilizează cu precădere în medii cu multă murdărie și/sau cu forțe axiale mari, deoarece acest element de acționare are aceeași rigiditate pe întreaga lungime. Se oferă orice secțiune transversală cu modul maxim 16, metric sau în inchi, cu dantură elicoidală sau dreaptă. Lungimea maximă a unui modul este de 3.000 mm, dar se pot insera mai multe module pentru realizarea lungimii necesare.

Dinții pot fi frezați sau rectificați, în funcție de solicitarea beneficiarului. Sunt posibile diferite tipuri de tratamente termice. Cea mai mare precizie oferită este calitatea Q5 (abatere de pas fp= 0,006 mm, iar eroarea cumulată de pas Fp= 0,02/300 mm).

Sistemul de servo-acționare digital este soluția ideală pentru producătorii de mașini-unelte care solicită performanțe ridicate de prelucrare. Acestea sunt concepute pentru a se obține o eficiență maximă din partea motoarelor, oferind înalte performanțe și soluții optime atât pentru acționarea arborilor principali, cât și a sistemelor de comandă a avansului [43].

Pentru acționările cu șuruburi cu bile se oferă o serie de rulmenți cu bile cu contact unghiular, care permit obținerea unei precizii de poziționare deosebite la viteze mari de deplasare pe axele longitudinale ale mașinilor-unelte. Condițiile dinamice de funcționare, cu o dinamică (accelerație și inversarea sensului de rotire) ridicată, prezentă la acționarea șuruburilor cu bile, necesită rulmenți preciși, rigizi, cu frecare mică și care pot suporta sarcini axiale și radiale mari.

Suprafețele de contact optimizate între elementele de rostogolire și căile de rulare reduc frecarea în rulment și permit atingerea unor valori mari ale vitezei. Se diminuează atât consumul de energie, cât și costurile de operare.

Unghiul de contact de 600 al acestor rulmenți de înaltă precizie, care au o mare rigiditate la înclinare și un montaj în O, permite suportarea unor sarcini radiale și axiale mari. Pe ambele extremități ale rulmentului se utilizează fie garnituri de etanșare, fie etanșări cu spații minime, astfel încât sistemul de rostogolire este protejat eficient contra contaminării. Lubrifierea inițială este suficientă întregii durate de viață a rulmentului, în multe domenii de aplicație.

Suplimentar față de diminuarea consumului de energie, optimizarea tehnică a mărit și limita solicitării dinamice cu circa 10 %. Ca rezultat, rulmenții cu bile cu contact unghiular au o durată de viață mai mare cu până la 30 %. Lagărele pot fi solicitate mai mult, menținând durabilitatea rulmenților.

O frecare mai mică și un nivel mai mic de încălzire în rulmenți permit atingerea unor vitezelimită mai mari decât înainte. În funcție de nivelul de încălzire admis în aplicație, noii rulmenți admit turații mai mari cu până la 60 % în comparație cu rulmenții standard [45].

O mașină de rectificat a fost echipată cu un cap de lucru robust, rigid cu arbore motorizat, pentru a oferi operații de rectificare sigure și precise a unor piese grele. Acționarea directă, cu un cuplu mare, permite accelerarea rapidă și precisă a unor piese grele și fără joc de întoarcere la deplasări în ambele sensuri, pentru creșterea productivității.

Se poate realiza o gamă largă de geometrii, adică rectificare cilindrică, diametre interioare sau exterioare excentrice, rectificarea filetelor și rectificare în coordonate, toate într-o singură prindere. Interpolarea pe axele X și C face posibilă utilizarea mașinii de rectificat cilindric pentru rectificarea unor profiluri necilindrice, cum sunt poligoane, suprafețe complexe (free forms) și suprafețe excentrice. Traductorul rotativ cu o rezoluție de 0,000010 (0,036") este amplasat direct pe arborele accesoriului. Toate ciclurile standard funcționează ca rectificare cilindrică sau necilindrică, incluzând deplasarea manuală a pietrei pe axa X.

Motoarele de putere mare și un sistem de comandă rapid asigură operații de rectificare nerotunde și a filetelor. Oscilarea hidrostatică a axei B, cu acționare motorizată, oferă interpolarea simultană pe axele X, Z și B, cu o programare ușoară, simplă, cu o rezoluție de 0,000020 (0,072"). Această axă B, comandată CNC, permite rectificarea completă a pieselor tradiționale sau complexe într-o singură prindere.  

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.