OBSAH ZÁKLADNÍ DEFINICE A TŘÍDĚNÍ VÝROBNÍCH STROJŮ...4

Transkript

1 OBSAH ZÁKLADNÍ DEFINICE A TŘÍDĚNÍ VÝROBNÍCH STROJŮ 4 Technologicý proces 4 Zpracovávaný materiál 4 Mechanismus užitý pro přenos energie 4 4 Charater působení výstupního členu (nástroje) na objet 5 OBRÁBĚCÍ STROJE5 Dle realizace procesu řezání 5 Dle technologicých možností 5 Dle stupně pružnosti 6 ZÁSADY KONSTRUKCE8 Výonnost Přesnost OS 5 Geometricá přesnost 6 Pracovní přesnost 6 4 TUHOST 7 4 Staticá tuhost 7 4 Styová tuhost 0 4 Dynamicá tuhost 4 Kmitání v obráběcích strojích 4 Trhavé pohyby 8 5 POHONY OBRÁBĚCÍCH STROJŮ 4 5 Hnací jednoty 4 5 Eletricé hnací jednoty 4 5 Hydraulicé pohony 46 6 MECHANISMY KE ZMĚNĚ OTÁČEK 46 6 Řady otáče - normalizace 48 6 Tvoření inematicých schémat 5 7 OZUBENÁ KOLA 60 7 Předběžný výpočet ozubených ol (ČSN ) 60 7 Konstruční provedení ozubených ol 6 7 Přesnost ozubených ol dle ČSN Kontrola ozubených ol dle ČSN HŘÍDELE 65 8 Kritéria průhybu 65 8 Předběžný návrh hřídelů 66 9 PŘEVODOVÁ ZAŘÍZENÍ PRO STUPŇOVITOU ZMĚNU OTÁČEK68 9 Výměnná ola 68 9 Přesuvná ola 69 9 Spojy Předlohy 7 95 Vratná ústrojí 7 96 Výyvné ústrojí Nortonovo 7 97 Meandrovo ústrojí 7 98 Přesuvný lín 7 0 VYMEZOVÁNÍ VŮLE V OZUBENÍ 74 ZÁSADY PŘI KONSTRUKCI PŘEVODOVEK75 SPOJKY 76 BRZDY80 strana / 6

2 4 ŘEMENOVÉ A ŘETĚZOVÉ PŘEVODY 8 5 LOŽISKA8 5 Kluzná ložisa 8 5 Vhodnost volby luzných ložise 84 5 Hydrodynamicá ložisa 86 5 Hydrostaticá ložisa 9 5 Valivá ložisa 9 5 Označování ložise 9 5 Přesnost valivých ložise 96 5 Lícování valivých ložise 98 5 Zatížení ložise 0 54 Mazání 0 6 VŘETENA OBRÁBĚCÍCH STROJŮ 0 6 Požadavy na vřetena 0 6 Přesnost chodu vřetena 0 6 Uložení vřeten 05 6 Uončení vřeten Těsnění vřeteníů Mazání Přílady vřeteníů ( Katalog SKF ) Vysoootáčová vřetena pro rychlostní obrábění Parametry rychlostního obrábění Konstruce vysoorychlostních vřeten 7 REALIZACE PŘEVODŮ - Rotační na přímočarý pohyb9 7 Šroub a matice 9 7 Kinematicý princip uličových šroubů 0 7 Kuličové matice 7 Kuličový šroub 74 Účinnost a maximální otáčy uličového převodu 7 Šroub a ozubený hřeben 7 Šne a šneový hřeben 74 Pastore a ozubený hřeben 4 75 Vačy 4 76 Kliový mechanismus 6 77 Kulisový mechanismus 7 8 ÚSTROJÍ PRO PŘERUŠOVANÝ POHYB9 8 Rohata a západa 0 8 Maltézsý mechanismus 0 8 Magnetostriční ústrojí 9 ÚSTROJÍ K USTAVENÍ POLOHY 0 VEDENÍ VODÍCÍ PLOCHY 4 0 Vlastnosti přímočarých vedení 5 0 Kluzná vedení 6 0 Typy onstruce luzných vedení 7 0 Mazání 8 0 Vymezování vůlí 9 04 Materiály vedení výrobních strojů 9 05 Výpočet měrného tlau vodicích ploch 4 0 Valivá vedení 45 0 Typy valivých vedení Hydrostaticá vedení Servostaticá vedení 49 strana / 6

3 06 Těsnění a rytování vodicích ploch Těsnění vodicích ploch Krytování vodicích ploch 50 MAZÁNÍ 5 Mazací zařízení 5 Typy mazacích soustav 5 Ztrátové mazání - sladba 54 Oběhové mazání - sladba 55 CHLAZENÍ56 KONSTRUKCE RÁMŮ OS56 Požadavy na rám 56 Modelová podobnost 57 Ustavení OS na zálad 58 4 Lože soustruhů 60 4 ŘÍZENÍ A OVLÁDÁNÍ OS6 strana / 6

4 ZÁKLADNÍ DEFINICE A TŘÍDĚNÍ VÝROBNÍCH STROJŮ Definice: Stroj je systém mechanismů, teré ulehčují a nahrazují fyzicou práci člověa Systémová definice: Výrobní stroj je uměle vytvořená dynamicá soustava, sloužící realizaci úonů technologicého procesu-vedoucího trvalému přetvoření výchozího materiálu Výrobní stroj lze třídit podle různých hledise Záladem může být: Technologicý proces Zpracovávaný materiál a) stroje na ov b) stroje na dřevo c) stroje na slo a eramiu Mechanismus užitý pro přenos energie strana 4 / 6

5 4 Charater působení výstupního členu (nástroje) na objet Bodové soustružení, ovotlačení, řezání otoučem, obrážení, hoblování Přímové, řivové broušení tvarové, válcování, ohýbání Povrchové ování, tažení 4 Objemové chemicé obrábění, výbuchem OBRÁBĚCÍ STROJE Dělení obráběcích strojů: Dle realizace procesu řezání a) obráběním nástroji s geometrií určitou: s hlavním řezným pohybem přímočarým: Hoblovy, Protahovačy s hlavním pohybem rotačním: Soustruhy - hrotové, čelní, svislé, revolverové Frézy - onsolové, stolové, rovinné, speciální Vrtačy - stolní, stojanové, sloupové, radiální, Vyvrtávačy- vodorovné, svislé b) obráběním nástroji s geometrií neurčitou: Brusy - rovinné, na rotační plochy, nástrojařsé Dle technologicých možností Universální - soustruhy, frézy, brusy, vrtačy, vyvrtávačy, - umožňující uplatnění více technologií na stroji Speciální - odvalovací frézy na ozubení, honovačy, superfiniš - pouze pro speciální technologii Jednoúčelové - stavebnicové stroje určené účelově pro onrétní výrobe strana 5 / 6

6 Dle stupně pružnosti KOS - onvenční obráběcí stroje - pracovní podmíny se mohou měnit oamžitě, stroje jsou universální SOS - specialisované obráběcí stroje - jsou přizpůsobeny pouze určitému použití NC - číslicově řízené - s automaticým pracovním cylem obrábění s nástrojem OC - obráběcí centra - s automaticým cylem a výměnou nástrojů PVS - pružné výrobní systémy - výběr nástrojů a součástí je v automaticém cylu VOC - vícevřetenová obráběcí centra - vícevřetenové automaticé obrábění PVL - pružné výrobní liny - ombinace center, NC strojů a měření v automaticém systému strana 6 / 6

7 PSS - přestavitelné stavebnicové stroje - umožňující rychlou přestavbu na odlišné dílce JUS - jednoúčelové stroje - stavebnicové - sloužící obrábění tvarově a technologicy podobných součástí - tvrdě jednoúčelové AL - automaticé výrobní liny - sestavené z jednoúčelových zařízení s propojenou automaticou manipulací V ČR spadá výroba obráběcích strojů do podniů původně sdružených v trustu tzv Továrny Strojírensé Techniy (TST) nebo Továrny Obráběcích Strojů (TOS) Přílady výrobců jsou TOS Kuřim, Varnsdorf, Hulín, Olomouc, Svitavy, Čeláovice, ZPS Zlín, Kovosvit Sezimovo Ústí Vývoj obráběcích strojů je ovlivňován stavem výrobní záladny Strojírensá výroba v ČR má převážně charater nižší sériovosti Proto je v onstruci produtivních strojů uvažováno s pružnou automatizací Z technico-eonomicého hledisa se soustřeďují požadavy na obráběcí stroje především na ) výonnost ) pracovní přesnost Dalšími požadavy jsou malá půdorysná plocha, ovladatelnost, přístupnost pracovního prostoru, spolehlivost, trvanlivost, bezpečnost práce, odvod tříse, malá hmotnost, estetia designu Směr vývoje obráběcích strojů : - Značný růst rozšíření strojů s CNC-systémy - pro všechny různé technologie Nejužívanější řídící systémy CNC : FANUC, SIEMENS, BOSCH, HEIDENHEIN - Rozšíření automaticé výměny nástrojů Zásobníy nástrojů - možnost doplňování z nástrojových jednote (palet) - Nasazování samostatných nezávisle ovládaných nástrojů i poháněných nástrojů pro omplexní obrábění v různých směrech OS - Komplexní obrábění (i nerotační) při jednom upnutí na soustružnicých strojích Soustružnicé stroje : realizace osy C - natáčení nástrojové hlavy s dalším relativním pohybem - vytvoření osy Y; vazby nástrojové hlavy na zásobní nástrojů, užívání poháněných nástrojů synchronizace otáče vřetena s otáčami nástroje (vícehrany); polohované pracovní mimoosé vřeteno pro mimoosé operace nezávislé revolverové hlavy x osy; dvouvřeteníové stroje - obrábění z obou stran; regulační pohony vřetena i posuvů Využívání velých výonů pohonů, řezných rychlostí a posuvů Převládá onstruce lože do tvaru T - posuv vřeteníu Rozsahy rychloposuvů 4 mmin - Běžné otáčy otmin - Pro obrábění hliníových slitin eletro-vřeteníy až do otmin - Automaticá výměna nástrojů v čase 4 6 s strana 7 / 6

8 Snaha docílit nepřetržitý strojní provoz vede řešení automatizace funcí manipulace s nástroji, obroby i měření a organizaci tzv bezobslužných pracovišť Nezbytné zabezpečení pro bezobslužnost (ne bez lidí, ale s omezením obsluhy) : automaticá výměna obrobů a nástrojů; automaticé přeseřízení (upnutí i nástrojů); ompletní monitorování obrábění s hlášením chyb; možnost autonomního režimu i DNC; paralelní možnost přípravy dávy se simulací manipulačních pohybů (bodů)-přes řídící systém Modulové onstruční řešení pružných výrobních buně pro sestavování výrobních systémů Nabída bezobslužných buně - jao jednoty PVS Zálad oncepce sestavy: obráběcí centrum; manipulační systém; měřící stroj Konstruce řešena modulově - vlastní stroj dle přání záaznía Lepší dovybavení - čidla ativní ontroly, monitorování životnosti nástroje, ontrola nástroje, diagnostia funcí ZÁSADY KONSTRUKCE Konstruce by měla zajišťovat splnění funčních požadavů současně s umožněním výroby (provedení) s minimální pracností a v optimálním rozsahu hmotnosti - tj musí být zajištěna TECHNOLOGIČNOST KONSTRUKCE s důsledným využíváním normalizace, typizace a unifiace Normalizace části předepisuje ČSN 0 - obráběcí stroje Typizace rozměrů záladních druhů OS předepisuje ČSN 0 04 označování strojů Písmena A Z a čísla 00 udávají typ stroje a veliost provedení Např: S- soustruhy, U- universální, 00- oběžný nad 000 mm S- soustruhy, K- arusely, J- jednostojan, 8- upínací desy 800 mm R- revolverové soustruhy, 5- otvoru vřetena 50 mm SP- poloautomaticé soustruhy, - největší soustružení 0 mm A- automaty, 0- průchodu materiálu 0 mm V- vrtačy, R- radiální, 5- největší vrtaného otvoru 50 mm WH- vyvrtávačy horizontální, 00- pracovního vřetena 00 mm F- frézy, C-stolová, 6- maximální šířa upínací plochy stolu 60 mm H- hoblovy, - maximální hoblovací šířa 00 mm B- brusy, H- hrotová, 40- oběžný 400 mm MC- OC, obráběcí centra Normalizace : Soustruhy Charateristicý rozměr hrotových soustruhů je dle ČSN oběžný průměr nad ložem - D 0 Ten je spolu se vzdáleností hrotů odstupňován v geometricé řadě záladní R 0,5 nebo R 0 / 0 / strana 8 / 6

9 SOUSTRUHY malé střední velé 00, 5, 60, 00, 5, 400, 500, 60, 000,50, 600, 000, Točný průměr D 50, , 50, 4000 Točná déla L 50, , , 000, 000 řezné rychlosti : vmin (0 6) mmin -, vmax 400 mmin - posuvy : smin 0,0 mmot -l, smax mmot - Frézy Charateristicým rozměrem fréze je veliost upínací plochy stolu (dle ČSN 0 00) Šířa upínací plochy stolu je normalizovaná v řadě R0 Poměr dély stolu šířce stolu bývá v rozsahu L/B 4 5 řezné rychlosti : v min (0 0) mmin -, vmax 00 mmin - posuvy : s (0 00) mmmin - Vrtačy stroje na výrobu otvorů Možnosti: vrtání, vyhrubování, vystružování, zahlubování, zarovnávací čela, řezání závitů s pomocí přípravů - vyvrtávání, zapichování Dělení: stolní V 6,0,,6,0 sloupové VS 0, stojanové otočné (radiální) speciální Char rozměr průměru otvoru do mat zplna (R MPa) Charateristicý rozměr vrtače je vrtací průměr tj průměr díry vrtané zplna šroubovitým vrtáem do oceli o R m 600 MPa řezné rychlosti : v min (6 8) mmin -, v max (0 5) mmin -, do lehých ovů : v (40 00) mmin- posuv : D [mm] 6, s [min/ot] 0, 0,6 0, 0,5 0, 0,4 Vyvrtávačy Charateristicým rozměrem vyvrtávače je průměr vnitřního vyvrtávacího vřetena - DW malé (60 80) mm střední (00 60) mm velé (00 5) mm strana 9 / 6

10 D min, D W, D max 5 D W řezné rychlosti : v min (8 0) mmin -, v max 00 mmin - Brusy Charateristicý rozměr bruse je oběžný průměr nad ložem u rotačních rychlost otouče : v K (0 5) ms -, nyní až 60 ms - rychlost obrobu : v O (8 40) mmin - Nerotační obráběcí centra onstruce řešena modulově - vlastní stroj dle přání záaznía lepší dovybavení - čidla ativní ontroly, monitorování životnosti nástroje, ontrola nástroje, diagnostia funcí Zásobníy nástrojů - možnost doplňování z nástrojových jednote (palet) Převládá onstruce lože do tvaru T - posuv vřeteníu Rozsahy rychloposuvů 4 mmin - Otáčy běžné min - - pro obrhliníových slitin eletro vřeteníy až do min - automvýměna nástrojů v čase 46 s Nejužívanější systémy CNC FANUC, SIEMENS, BOSCH Nabída bezobslužných buně - jao jednoty PVS zálad oncepce sestavy: obráběcí centrum manipulační systém měřící stroj Nezbytné zabezpečení pro bezobslužnost (ne bez lidí,ale s omezením obsluhy) automaticá výměna obrobů a nástrojů automaticé seřízení (upnutí i nástrojů) ompletní monitorování obrábění s hlášením chyb možnost autonomního režimu i DNC paralelní možnost přípravy dávy se simulací manipulačních pohybů (bodů)-přes řídící systém Nejpodstatnější problém ČR - neexistuje profesionální výrobce řídící techniy Současné systémy NS neumožňují napojení na počítač, není stavebnice sítě Vzhledem různým typizovaným veliostem obráběcích strojů, teré se odlišují např pouze veliostí pracovního prostoru a rozsahu, lze určité části (stejné), např shodný inematicý řetězec hlavního pohonu, unifiovat Unifiace uzlů např pro řadu typových veliostí zracuje dobu návrhu onstruce, snižuje počet výresů, vede e stavebnicovosti řešení Kromě těchto hlavních zásad, má důležitou roli snižování pasivních odporů v pohonu a zvyšování účinnosti pohonu zdoonalováním mazacích systémů strana 0 / 6

11 - většinou tlaové mazání s nuceným oběhem, - změnou luzného tření na valivé, hydrostaticé, hydrodynamicé Z hledisa optimálního využití materiálu: Odlity z šedé (ujné) litiny na rámy strojů spořit volbou tenostěnných odlitu s vhodným žebrováním V poslední době se ve snaze po malé hmotnosti a zastavěné ploše přechází na oncepce svařovaných rámů a využívání ompozitních materiálů např beton + železná výztuž a pod Součásti pohonu z ocele mají být namáhány pod mez úměrnosti Nědy, např čelisti upínačů, je zbytečné volit z velmi valitní legované ocele, tuhost lze zvyšovat vhodným dimenzováním součástí Návrh stroje musí být proveden dle příslušných předpisů ČSN co do bezpečnosti práce Jedná se o ochranu proti odletujícím třísám, zabránění přístupu dělnía rotujícím částem, o ochranu proti úrazu ( např přejezdu stolů) a zabránění vzniu zdravotně závadného prostředí (brusy), i dodržení předpisů pro eletricou instalaci Konstruce musí vyhovovat požadavům snadné montáže a demontáže, pohodlného přístupu prostorům pro seřizování stroje Především z hledisa opravitelnosti a údržby musí být zachován dobrý přístup prvům s menší životností, ovládací a řídící prvy musí být umístěny mimo vnitřní prostor rámu stroje Vhodná je opět stavebnicovost onstruce Z hledisa hygieny a bezpečnosti práce musí být zabezpečen plynulý odvod tříse Návrh odvodu tříse z místa obrábění musí splňovat podmíny: - zamezení ohřívání částí stroje či pošození funčních částí, zamezení možnosti úrazu Vhodné provedení slonu pro samovolný sluz tříse min 50 o jina použít mechanicé dopravníy (šneový, magneticý) U návrhu ovládacích ústrojí dodržujeme zásady souslednosti pohybů, ovládací prvy je vhodné označovat náznaovými (symbolicými) štíty místo textu Z hledisa tepelného zatížení (a tepelných deformací) poud možno volíme např použití valivých ložise pro snížení tření, co nejmenší počet záběru ozubených ol omezujeme na min použití třecích spoje a brzd (změna teploty o o na rámu o délce m způsobí deformaci 0,0 mm) Parametry vlastnosti materiálu Materiál Modul pružnosti E [MPa] Hustota [Ndm-] Koef tepelné roztažnosti a [/K] Rozsah pevnosti Rm[MPa] OCEL, E5 7,85, E LITINA,7 E5 7,4 9,5 E ŠEDÁ LITINA 0,5 -, E5 7, 9 E MĚĎ, E5 8,95 6, E HLINÍK 0,7 E5,7,8 E MOSAZ 0,9 E5 8,5 9 E TITAN, E5 4,5 0,8 E BETON 0, E5,5 E strana / 6

12 Obráběcí stroj musí splňovat především požadavy výonnosti s přesností a další hledisa jao je malý počet dílů v montážních celcích, malou variabilitu materiálů, unifiaci naupovaných částí a pod Výonnost Produtivita práce může být hodnocena různými ritériemi a) dle objemu odebrané třísy (u hrubovacích strojů) [m Wh - ] nebo [g Wh - ] (W příon stroje) b) podle veliosti obrobené plochy - (u doončovacích operací) [m Wh - ] c) podle počtu usů (součástí vyrobených) za časovou jednotu [s min - ] nebo [s h - ] Záladní výpočty strojního času Celový čas výroby součástí se dělí na čas strojní t s a čas vedlejší t v : t c t s + t v Strojní čas se počítá jao interval, ve terém se odebírá třísa Všechny ostatní úony patří do časů vedlejších Výpočet strojního času pro: soustružení; frézování; t S L t S L - déla, n - otáčy, s - posuv na otáču n s A b n s Z A - plocha, b - šířa záběru, s z - posuv na zub, Z z - počet zubů frézy Zvyšování produtivity lze docílit napřílad: a) Zvyšováním otáče n, tedy řezné rychlosti v, což značí ovšem požadave zvýšení příonu stroje Ten je dán nejen výonnějším hnacím ústrojím, ale i nezbytným zvýšením tuhosti stroje b) Při zvyšování posuvu se zvětšuje řezná síla dle vztahu F p s h, de p - měrný řezný odpor [MPa] ; s - posuv ; h - hlouba třísy, z čehož plyne, že je nezbytné zvýšit tuhost posuvového mechanismu a celého pracovního prostoru Nejvýhodnější zvyšování produtivity je zracováním vedlejších časů Vedlejší časy v nejpodstatnější míře zahrnují čas : ustavení obrobu, upnutí obrobu, nastavení řezných podmíne (otáče, posuvu), strana / 6

13 seřízení oncových poloh pohybů, ontrolu rozměrů, výměnu nástrojů, přepnutí obrobu Zracování těchto časů znamená : navržení přípravu ta, aby obrobe bylo možné rychle a jednoznačně ustavit do polohy obrábění; upínač či příprave by měl umožňovat rychlé a spolehlivé upnutí (hydraulicy, mechanicy, pneumaticy); nastavení řezných podmíne, omezení oncových pohybů řešit automaticy (programováním); ontrolu rozměrů urychlovat sledovacími měřidly, speciálními přípravy či vícerozměrovými přípravy; přepínání omezit obráběním co nejvíce stran na jedno upnutí Záladní požadavy na obráběcí stroj : Tuhost (poddajnost)! T hosp - hospodárná trvanlivost ostří: 60 N Thosp ( m )( tv + ) [mm] M de: t V čas na výměnu a seřízení nástroje [min] N nálady na jeden břit [Kč] M nálady na jednu hodinu práce (zahrnující mzdy, odpisy, režii, údržbu, opravy, energii) [Kč] m stupeň vlivu řezného nástroje (materiálu nástroje) umělý orund m,5,5 slinutý arbid m 6 rychlořezná ocel m 6 8 uhlíová ocel m 8 0 U současných NC strojů T hosp 5 5 [min] U onvenčních strojů T hosp [min] Nové požadavy: zvýšení výonu hnacího motoru P 5 80 W; zvýšená rychloběžnost vřeten nmax otmin- ; zvýšení rychlosti prac posuvů s mmmin- ; plynulá změna otáče; zvýšení staticé a dynamicé tuhosti; zdoonalení chlazení a mazání; indiace pošození nástroje; užití vhodných upínačů obrobů; užití mechanicých a automaticy pracujících odstraňovačů tříse; použití výonnějších řezných nástrojů; zmenšování řezných časů strana / 6

14 Adaptivní řízení obráběcího procesu Princip: Adaptivní řídící systém na záladě informací o průběhu obrábění mění řezné podmíny ta, aby určitý parametr (charateristicý) byl udržován na extrémní hodnotě Adaptivní systém může být : a) Limitní systém - Řezná síla nebo routící moment M je charateristicým limitním parametrem Měří se řezná síla (složy) Mění se M - moment na vřetenu, nebo s - posuv, h - přísuv b) Optimalizační systém - Řezné podmíny se řídí na dosažení minimálních výrobních náladů Kromě veličin limitního systému se navíc sleduje např opotřebení nástroje, valita obrobené plochy Technico-eonomicé zhodnocení Srovnává se hodinová sazba stroje dle vztahu : S s (+F o +F ur +F uo +F p +F e ) (C+N p )/T r F o fator odpisu [%] F ur fator úroové míry [%] F uo fator údržby a oprav [%] F p fator náladů na plochu [%] C nálady na stroj [Kč] N p nálady na zavedení (programy, nástroje, instalace) [Kč] T r efetivní časový fond stroje za ro [hod] strana 4 / 6

15 nebo dle tab - doba úhrady stroje Varianta STROJ I STROJ II I II usový čas [hod] t t srovnávací sazba stroje [Kč/hod] S S I mzdová sazba [Kč/hod] M I M II mzdová režie [Kč/hod] R M I nálady na obsluhu [Kč/hod] S O I M I + R M I sazba stroje celem [Kč/hod] S O I S S I + S O I nálady na obrobení usu [Kč] N I t I S SC I eonomicý přínos za ro Přesnost OS Doba úhrady [roy] [Kč/ro] S S II R M II S O II M II + R M II S O II S S II + S O II N II t II S SC II I II počočetu U ( N N ) ro II II ( C + N p ) TU U Definice přesnosti práce OS: Přesnost práce obráběcího stroje je dána přesností rozměrů obrobů, přesností tvarů obrobů a přesností vzájemné polohy ploch zhotovených na obrobcích na uvažovaném stroji Přesnost rozměru - plyne porovnáním sutečných a požadovaných rozměrů Přesnost tvaru - dána odchylami tvarů jednotlivých částí obrobů od tvarů jmenovitých (ideálních) tj ruhovitosti, rovinnosti, válcovitosti, tvaru evolventy v ozubení a pod Přesnost vzájemné polohy ploch - je určena vzájemnými odchylami polohy dvou (nebo více) ploch od jmenovité (ideální např souosost, rovnoběžnost, olmost) Stroje se dělí do tříd přesnosti podle druhu obráběných ploch a docilovaných mezních úchyle na stroje: a) na rotační plochy (supina A) I třída přesnosti úchyly ruhovitosti do μm II třída přesnosti do 5 μm III třída přesnosti do 0 μm b) na rovinné plochy (supina B) I úchyly rovinnosti do μm II úchyly rovinnosti do 5 μm IIIúchyly rovinnosti do 0 μm c) na ozubení strana 5 / 6

16 Přejímací zoušy geometricé a pracovní přesnosti jsou předepsány ČSN Geometricé zoušy přesnosti ověřují přesnost montáže stroje (jsou to hlavně měření rovnoběžnosti, olmosti - tzv měření dle Schlessingera) Geometricá přesnost Měření zahrnují: ustavení stroje na zálad - pevné uotvení (nebo pružné uložení) a měření : a) přímosti - vodící plochy libelou, autoolimátorem b) přímočarosti pohybu - mirosopem c) rovinnosti upínacích ploch - úchyloměrem d) rovnoběžnosti vodících ploch - trny + úchyloměry e) olmosti upínací plochy vedení - hranoly, úchyloměry f) souososti vřetena a opěry oníu - opticy g) obvodového házení + čelního házení vřetena - úchyloměry Pracovní přesnost Pracovní zoušy přesnosti ověřují správnost funce, chování stroje při zatížení (např vůle, spolehlivost, účinnost) energeticou bilanci Měření zahrnují: a) zoušu výonnosti - minimální zátěž na maximální výon (sleduje se hlučnost, stálost výonu) b) doončovací obrábění - sleduje se přesnost a valita obrobené plochy c) přesnost polohování - sledováním rozdílu středních hodnot opaovaných nastavení d) spolehlivost - ze soustavného pozorování a záznamu poruch (statisticy sleduje čas mezi poruchami) Spolehlivost, závisí především na nejslabším prvu Zásadně prve pro zvýšení spolehlivosti zdvojujeme nebo musí být rychle vyměnitelný Na přesnost práce stroje mají rozhodující vliv: - přesnost chodu důležitých částí a supin, - tuhost stroje, - lidnost chodu, - změna teploty hlavních uzlů Zvyšování přesnosti lze docílit: - Náhradou vedení luzných uložení s vůlí vedeními a uloženími pracujícími bez vůle a bez trhavých pohybů (valivá, hydrostaticá uložení) - Zlepšením vality důležitých funčních ploch, zlepšením onstruce a materiálu - Klidností chodu vyvažováním rotačních součástí, odstraňováním a zamezováním chvění z oolí - Udržováním onstantní teploty odstraňováním či instalováním zdrojů tepla, vhodným rozmísťováním zdrojů či jejich odstraňováním (třísy) a chlazením strana 6 / 6

17 - Teplotní stabilizaci lze zlepšit obíhajícím olejem s vymezením ovlivnění deformací na valitu obráběné plochy Zvyšováním přesnosti u obráběcích strojů lade zvýšený požadave především na staticou tuhost a dynamicou stabilitu Staticá tuhost rámů Principielní možnosti: Otevřená onstruce Uzavřená onstruce Uzavřená onstruce (sříňová onstruce) rámu je mnohem tužší než otevřená onstruce rámu Dynamicá stabilita Z hledisa dynamiy pro urychlování hmot částí obráběcích strojů je vhodnější (z hledisa nároů na pohybovou energii) menší hmotnost uzlů Snaha je převést zrychlující pohyby co nejblíže obrobu 4 TUHOST 4 Staticá tuhost Podle druhu zatížení a deformace : a) Tah (tla) - deformace : F l y E A ; tuhost : F E A y l F l F α E I b) Ohyb - (nosní) deformace : y ; tuhost : α E l y l M c) Krut - deformace : ḳ l ϕ ; tuhost : G I M G I ϕ l strana 7 / 6

18 Parametry pro obrábění Měrný řezný odpor p [MPa] Materiál soustružení frézování vrtání Ocel - Rm MPa Ocel Cr - Rm MPa Litina - tvrdost HB Bronz - Rm MPa Slitiny Al - Rm80 50 MPa Poměrné rozložení sil ve vztahu hlavní složce : Fz : Fy : Fx : 0,45 : 0,5 Momenty setrvačnosti a tuhosti průřezů pro stejné plochy (A00 cm ) ohyb rut Tvar průřezu I O / I K / 800 / 600 / 40 / 4840 / 400 / / 5 84 / 400 / 0,9 0 / / 0, / 0 4 / 0,09 strana 8 / 6

19 Tuhosti profilů s žebry ( indexy : -rut, o-ohyb ) Tuhost dílčí tuhost jednotlivých součástí (vřeten, ložise) Tuhost celová tuhost supiny součástí spolu spojených Tuhost absolutní deformace měřená vůči absolutnímu záladu Tuhost relativní deformace mezi dvěma částmi proti sobě Tuhost technologicá výslede vzájemného působení nástroje na obrobe Staticý mezný průřez třísy - je taový největší průřez třísy, při terém dostáváme obrobe s rozměry na mezi dovolených tolerancí Vliv tuhosti při soustružení: l x F l F( l x) > Fv F l x F l F x > Fv F l tuhosti : F y Fv y v v y yv yx yv deformace : > l l x yx yv y x ( l x) + yv l průběh deformace : + v y x F( x x + ) l l strana 9 / 6

20 Obecné principy řešení tuhosti složené soustavy pružných těles : a) při uspořádání vedle sebe paralelně y y y y F F+ F+ F F F F F + y y y y b) při uspořádání za sebou - sériově y y+ y+ y F F F F F F F,, y y y Styová tuhost Styová tuhost je dána přesností a jaostí opracování ploch, teré sobě přilnou - při lepším opracování je styová tuhost lepší U strojů s uzavřenou onstrucí se styová tuhost připojuje e staticé tuhosti tla ST [MPa] styová deformacev normalnémsměmě strana 0 / 6

21 Přibližné hodnoty styové tuhosti pro různá zatížení: MATERIÁL OPRACOVÁNÍ STYKOVÁ TUHOST [MPaμm-] pro zatížení 0,5 [MPa] 5 [MPa] litina / litina broušeno (Ra 0,4 μm) 0,5 0,75 lapováno (Ra 0,08 0,6 μm) 0,5 4, ocel / litina broušeno (Ra 0,4 μm) 0,65,8 hoblováno (Ra, μm) 0,4,5 ocel / ocel broušeno (Ra 0,4 μm) 0,7,0 4 Dynamicá tuhost d hoblováno (Ra, μm) 0,55,6 amplituda zatížení amplituda deformace Dynamicá poddajnost : amplituda deformace d ( R) RECEPTANCE odezva systému na dynamicé zatížení amplituda zatížení Dynamicý mezný průřez třísy - je taový průřez třísy, při terém dochází poruše dynamicé stability a začne vzniat samobuzené (nežádoucí) mitání 4 Kmitání v obráběcích strojích Dynamicé namáhání je prezentováno mitáním, což je periodicý pohyb, a u strojů za provozu je obecně šodlivým jevem Zvyšuje značně namáhání součástí, je zdrojem otřesů, způsobuje nežádoucí hlu Kmitání u obráběcích strojů musí být sledováno a omezováno proto, že zhoršuje: pracovní podmíny obsluhy, pracovní přesnost a trvanlivost, omezuje výon Příčinou mitání u výrobních strojů jsou dynamicé síly vyvolané: nevyvážeností dílů s rotačním či vratným pohybem, nepřesnostmi výroby součástí, vůlemi mezi součástami, odvalováním součástí po sobě Analýza mitání se provádí na záladě omplexních čísel KOMPLEXNÍ ČÍSLO X a + j b, de absolutní hodnota Reálná část (Re) Imaginární část (Im) Komplexní číslo lze zobrazit v Gausově rovině jao vetor, de osa X x a + b strana / 6

22 x - představuje reálnou část Re y - imaginární část Im, pa a xcosϕ b xsin ϕ b tg ϕ a X i ϕ x(cosϕ + isinϕ) x e Eulerův vztah Bude-li vetor X rotovat úhlovou rychlostí ω, pootočí se v čase t o úhel ωt, a tím dostaneme nové omplexní číslo X t a + i b, de a x cos( ω t + ϕ), b x cos( ω t + ϕ) pa i( ω t+ ϕ ) i t ω X t x[cos( ω t + ϕ + isin( ω t + ϕ)] x e x e - možnosti i t ω X t x e x(cos( ω t) + isin( ω t)) i t ω X x e x(cos( ω t) isin( ω t)) Záladní dělení mitavých systémů: a) Dle tvaru dráhy pohybu - translační (periodicé pohyby přímočaré) - rotační (pohyby otáčivé) b) Dle charateristiy tuhosti systému - lineární - nelineární c) Dle počtu stupňů volnosti - s jedním stupňem volnosti - se dvěma stupni volnosti (a více stupni volnosti) d) Dle existence budící síly - mitání volné - mitání vynucené e) Dle přítomnosti tlumení - tlumené - netlumené strana / 6

23 A SYSTÉM S JEDNÍM STUPNĚM VOLNOSTI Systém s jedním stupňem volnosti - mitání volné netlumené m & x + x 0 pohybová rovnice: s t obecný tvar řešení: x X e s t x& s X e s t & x s X e s t s t m s X e + X e 0, s Lapceův operátor m s + 0 > s, ± ± i m m Ω > s, ± Ω ; Ω vlastní frevence m Obecné řešení je součtem dvou partiulárních řešení: i t i Ω t x x + x X e Ω + X e Pro počáteční podmíny t 0 x a ; x & b b b x ( a + i ) x ( a i ) Ω Ω b x a cosω t + sin Ω t Ω doba periody: T π Ω Systém s jedním stupňem volnosti - mitání volné tlumené Tlumení je úměrné rychlosti, tlumící síla T pohybová rovnice: m & x + c x& + x 0 obecný tvar řešení: s t x X e s t x& s X e s t & x s X e s t m s X e s t + c s X e s t + X e 0 m s + c s + 0 > s Ω m c, δ > m, c ± δ δ c 4 m m, ± Ω c x&, de c je tlumící onstanta s c mδ - tlumící onstanta strana / 6

24 c δ - součinitel tlumení m Ω - vlastní frevence m Je-li δ > Ω - odmocnina je ladná, ořeny s, jsou různé Nedojde e mitavému pohybu, ale aperiodicému pohybu (vychýlená hmota se vrátí bez přemitnutí do původní polohy) Je-li δ Ω - v systému bude tzv riticé tlumení cc c δ Ω > c c m Ω m Je-li δ < Ω - pod odmocninou je záporné číslo, ořeny budou omplexně sdružené s δ ± i Ω δ δ ± i ϑ Půjde o mitavý pohyb s ruhovou frevencí: ϑ Ω δ Obecné řešení rovnice má tvar: ( δ + i ϑ) t ( δ + i ϑ) t δ t i ϑ t i ϑ t x X e + X e e ( X e + X e ) π de X, X - jsou omplexní amplitudy a doba periody T ϑ Obecně: V důsledu tlumení je ϑ < Ω U obráběcích strojů bývá tlumení malé a je možné brát ϑ & Ω Nědy je třeba zjistit u soustavy veliost tlumení měřením Soustavu rozmitáme vnějším impulzem a časový průběh mitů zaznamenáme pomocí oscilosopu Dostaneme průběh dle strana 4 / 6

25 obr π π Z průběhu lze vyhodnotit dobu jedné periody T & a veliost po sobě jdoucích ϑ Ω amplitud A n, A n+, Pomocí těchto hodnot stanovíme veliost součinitele tlumení δ: δ t δ ( t+ T ) An A e, An + A e δ t A n A e δ T e δ ( t+ T ) δ T A A e e n+ zlogaritmováním: Součinitel tlumení: Tlumicí onstanta: An δ T ln ln e δ T A n+ Δ δ T m Δ c m δ T ; logaritmicý derement: Δ δ T Často se v mitání používá pojmu poměrné tlumení D poměr tlumicí onstanty c systému u tlumicí onstantě riticé cc Poměrné tlumení je tedy : c m δ δ tlumící onstanta systému D c m Ω Ω tlumící onstanta riticá c strana 5 / 6

26 Je-li na záladě měření stanoven součinitel tlumení δ, lze určit i poměrné tlumení U rámů obráběcích strojů bývá D 0,0 & 0,l Systém s jedním stupněm volnosti - mitání vynucené netlumené D δ Ω j ω t Na hmotu m působí budící síla se sinusovým (periodicým) průběhem p F e F - je omplexní amplituda budicí síly pohybová rovnice: m & x&+ x p j ω t m & x&+ x F e Obecným řešením rovnice je součet homogenního řešení bez pravé strany: j Ω t j Ω t b x X e + X e acosω t + sin Ω t Ω j ω t a partiulárního řešení - odhadnutého ve tvaru: x X e, což je rovnice rotujícího vetoru X úhlovou rychlostí ω (budící síly F) Lze očeávat, že hmota systému, na terou tato síla působí ruhovou frevencí ω, bude touto frevencí mitat Otázou zůstává, ja velá bude amplituda mitání X a jaé bude fázové posunutí amplitudy výchyly X za amplitudou budící síly F Veliost výchyly stanovíme z podmíny, že pohybová rovnice musí být splněna pro odhadnuté řešení tj : j ω t j ω t m & x&+ x F e, de x X e j ω t x& j ω X e j ω t & x ω X e po dosazení : j ω t j ω t j ω t m ω X e + X e F e X - amplituda výchyly F X m ω F ω ω Ω F Ω F Ω Ω ω Z výsledu lze provést graficé vyjádření průběhu omplexní amplitudy X v závislosti na poměru frevence budící síly u vlastní frevenci Ω ω Protože veliost amplitudy závisí na veliosti síly, vyjadřujeme raději tzv omplexní dynamicou poddajnost, terá na veliosti síly nezávisí a je proto obecnější Komplexní dynamicá poddajnost R dc RECEPTANCE je definována jao poměr amplitudy výchyly u amplitudě budicí síly tedy : X Ω R dc F Ω ω (Receptance reprezentuje dynamicé chování v závislosti na budící síle - odezva systému) Graficé znázornění receptance - R dc de ω R STATICKÁ v závislosti na Ω strana 6 / 6

27 Rdc Při ω 0 je Rdc rovno R STATICKÁ a tedy R STATICKÁ a R dc omplexní rezonanční charateristia Ω Pro úpravu R dc je tzv absolutní dynamicá poddajnost a její zobrazení v Ω ω grafu nazýváme absolutní rezonanční charateristia absolutní rezonanční charateristia ω Z průběhu je patrné, že největší poddajnost (deformace) je při ω Ω neboli Ω v oblasti rezonance, dy vlastní frevence je shodná s frevencí budící síly 4 Systém s jedním stupněm volnosti - mitání vynucené tlumené pohybová rovnice uvedené soustavy má tvar: j ω t m & x + c x& + x p, m & x + c x& + x F e Obecné řešení je dáno součtem obecného řešení rovnice bez pravé strany a partiulárního řešení rovnice s pravou stranou : δ t j ω t j ω t x e ( X e + X e ) x h p X e j ω t, tj strana 7 / 6

28 strana 8 / 6 Graficé zobrazení : pro t j e X x ω, t j e X j x ω ω &, t j e X x ω ω & & bude mít pohybová rovnice řešení: t j t j t j t j F e e X e X j c e X m ω ω ω ω ω ω + +

29 strana 9 / 6 omplexní amplituda: ω δ ω ω ω j m F j c m F X + Ω + de m Ω, Ω δ D ω δ ω j F X + Ω Ω nebo Ω + Ω ω ω j D F X Po matematicé úpravě (vynásobením omplexně sdruženým číslem) zlomu dostaneme: ) ( ) ( Ω + Ω Ω Ω ω ω ω ω D j D F X Komplexní amplituda má část reálnou Re(x) a část imaginární Im(x) ) ( ) ( ) Re( Ω + Ω Ω ω ω ω D F x, ) ( ) ( ) Im( Ω + Ω Ω ω ω ω D j D F x ) Im( ) Re( x x X +, ) ( ) ( Ω + Ω ω ω D F X Komplexní dynamicá poddajnost - RECEPTANCE: ) ( ) ( ) ( ω ω ω φ H j G F X R dc + de: F x R G dc ) Re( ) Re( ) ( ω, F x R jh dc ) Im( ) Im( ) ( ω Frevenční charateristia má dvě části - reálnou a imaginární a odezvy lze zobrazit dle obr:

30 B SOUSTAVY SE DVĚMA STUPNI VOLNOSTI Systém se dvěma stupni volnosti - mitání volné netlumené pohybové rovnice pro jednotlivé hmoty: () m & x + x + ( x x) 0 () m & x + ( x x ) 0 odhadované řešení bude ve tvaru: s t s t x X e, x X e, & x s X e,, s t strana 0 / 6

31 po dosazení s t s t s t () m s X e + X e + e ( X X ) 0 s t s t s X e + e ( X X) () m 0 úpravou () X ( m s + + ) X 0 / m () X + X ( m s + ) 0 / m () X ( s + Ω + Ω ) X Ω 0 de: () X Ω + X ( s + Ω ) 0 de:, Ω řešíme pomocí determinantu: s + Ω + Ω Ω ( ) Řešení vede e čtyřem ořenům: ( s ), ± j Ω, ( s ), ± j Ω Ω a Ω jsou dvě vlastní frevence systému Hledané frevence můžeme stanovit ze vztahů: E E + Ω Ω, m Ω m ( s + Ω ) E E Ω Ω m Ω Ω, Ω Ω de E Ω + Ω + Ω Soustava bude mít nejen dvě vlastní frevence Ω a Ω, ale taé různé amplitudy mitání hmot Dosadíme-li za s ze soustavy pohybových rovnic bude Ω () X ( m Ω + + ) X 0 () X + X ( m Ω + ) 0 de X a X jsou amplitudy mitání hmot a při prvé vlastní frevenci poměrem: X m Ω + λ X m Ω + + obdobně pro s Ω strana / 6

32 X X m m Ω + + Ω + λ Z toho vyplývá, že aždé vlastní frevenci odpovídá jeden tvar mitů s příslušným poměrem amplitud λ, λ teré závisí na vlastnostech systému Závěr: Výsledné mitání soustavy o dvou stupních volnosti je součtem dvou současných pohybů, teré probíhají ve dvou tvarech mitů systému Každému z tvarů přísluší jedna frevence Ω, a určitý poměr výchyle λ, odpovídající hmotám m, Sutečná výchyla může být považována za složenou z výchyle odpovídajících aždému z tvarů mitů Rozlad si pouze představujeme Výsledný pohyb vša plynule mění svůj tvar, protože dílčí mity mají různé frevence Systém se dvěma stupni volnosti - mitání volné tlumené, de tlumení je úměrné rychlosti x& pohybové rovnice: () m & x + c x& + x + c( x& x& ) 0 () m & x + c( x& x& ) + ( x x ) řešením zísáme pohyb výstupního členu: ( δ + j υ ) t ( δ+ j υ ) t x x + x X e + X e de ϑ Ω a ϑ Ω c δ c δ δ, δ součinitel tlumení m m Systém se dvěma stupni volnosti - mitání vynucené netlumené j ω t Zajímá nás pohyb hmoty m, de působí budící síla p F e j ω t x X e Platí, že X X + X Určíme tedy amplitudy v jednotlivých tvarech mitů Platí, že mitá-li systém se dvěma stupni volnosti jednou z vlastních frevencí Ω, nebo Ω, amplituda hmoty m je stejná jao u náhradního systému s jedním stupněm volnosti a tuhosti při Ω při Ω tedy amplitudy : mω mω Ω X X F F Ω F R dc ω F X receptance od strana / 6

33 Ω X X F F Ω F R dc ω F X receptance : 4 Systém se dvěma stupni volnosti - mitání vynucené tlumené j ω t x X e X X + X Ω Ω X F + F( R ) dc + Rdc F R j j Ω ω + δ ω Ω ω + δ ω dc Receptance R dc R dc + R dc jsou vetory (omplexní čísla) z nichž aždý má svou reálnou část G a svou imaginární část H Taže R dc G + j H ( G + j H ) + ( G + j H ) ( G + G) + j( H + ) H G H C KMITÁNÍ V RŮZNÝCH SMĚRECH U obráběcích i tvářecích (výrobních ) strojů nás zajímají výchyly v jiných směrech nežli je směr budící síly F Např mějme systém obráběcího stroje dle obr Z hledisa přesnosti práce stroje má význam zejména složa mitavého pohybu ve směru olmém obráběné ploše tj směr y, protože tato složa způsobuje vlnitost povrchu a zhoršuje přesnost a jaost (valitu) obrobené plochy Budící síla má odlišný směr od směru x, ve terém systém mitá y Zde vyjadřujeme RECEPTANCI (omplexní dynamicou poddajnost) R dc jao F ORIENTOVANOU RECEPTANCI R dcu strana / 6

34 Orientovaná receptance bude : R dcu ω ω j D u Ω Ω ω ω + D Ω Ω de u je směrový součinitel vyjadřující rozložení směru budící síly do dvou olmých slože - ve směru u a ve směru němu olmém Kmitání v různých směrech - mitání vynucené s tlumením n n u Ω i y F F Rm F R yn i ni i j i Ω ω + δ ω i tuhost i-tého členu ni Ω vlastní frevence i-tého členu i R receptance i-tého členu na hmotě m ve směru y R ni yn receptance celého systému na hmotě m ve směru y u směrový součinitel i-tého tvaru mitů i Amplitudo - fázová charateristia strana 4 / 6

35 Kritéria staticé a dynamicé tuhosti rámu - stabilita Obráběcí stroj je mitavý systém Náhradou je matematicý model s N volnosti Matematicý model posuzujeme - staticy - tuhost mezi nástrojem a obrobem, - dynamicy - mity Popis matematicého modelu : j ω t m & x + c x& + c( x& x& ) + + x + ( x x) F e j ω t m & x + c x& + c( x& x& ) + + x + ( x x ) F e j ω t m4 & x 4 + c44 x& 4 + c4( x& 4 x& ) x4 + 4( x4 x ) F4 e j ω t M & x&+ C x& + K x F e m 0 M m m m 4 c c C c c 4 c c c c 4 c c c c 4 c c c c K Pro prvy mimo diagonálu platí : c c - matice jsou diagonálně souměrné Staticá deformace : x K F, F - vetor sil, K - inverse tuhostní matici strana 5 / 6

36 Dynamicé chování : netlumená soustava M & x + K x 0 j Ω t x X e j Ω t Ω M X e j Ω t + K X e 0 det( K Ω M ) 0 pro vlastní frevence Ω, Ω, Ω4 Každé vlastní frevenci pa odpovídá vlastní vetor výchyle X, X, X 4 X, de aždý vetor určuje poměr výchyle mitajících bodů při vlastní frevenci Z principu superpozice lze tedy obecnou výchylu při obecných mitech psát : x a X + a X + a X + a4 X 4 jao lineární ombinaci vlastních vetorů výsledné mitání je dáno superpozicí jednotlivých tvarů mitů Pro tlumený systém a vynucené mity s frevencí ω přibližně platí : Ω i x ai F i - součet tvarů mitů s vetorem sil přenásobeným i Ωi ω + j δ ω dynamicou poddajností Všechna řešení lze tedy popsat maticí ( X, X, X 4 ) Analýza rámu : ) Stroj se rozmitává vibrátorem a stanoví se celová frevenční charateristia ) Experimentálně nebo počítačovým modelem se rozloží na "vlastní tvary mitů" ) Stanoví se hmoty a tuhosti, teré ovlivňují nebezpečné tvary mitů 4) Reonstrucí (změnou hmot a tuhostí - př tlumení) se snažíme nebezpečné tvary potlačit D SAMOBUZENÉ KMITÁNÍ Při práci na OS vzniá za určitých podmíne mezi nástrojem a obrobem mitání, teré dosahuje veliosti rezonance i přesto, že řezná síla není původem periodicá! Periodicá proměnlivost řezné síly je vyvolána účinem vlastního procesu, proto mitání nazýváme SAMOBUZENÉ Vysytne-li se za provozu, je nutno snížit (změnit) pracovní parametry Tím se snižuje výon a produtivita strana 6 / 6

37 Elipsa tuhosti - slouží odečtení směru a veliosti maximální deformace pro síly působící v různých směrech strana 7 / 6

38 Vzni samobuzeného mitání : Nahodile (rázem) se změní hlouba třísy (vlivem vlnitosti povrchu) a tím řezný odpor Kmitavé soustavě se přivede energie a amplituda se může nepřípustně zvětšovat poud přivedená energie během periody není v rovnováze s energií utlumenou Podmíny stability (zjednodušující): Jde o rovinný případ - rovinné obrábění - výslednice řezného odporu je olmá břitu nástroje Řezný odpor je úměrný hloubce třísy F r r y (rhloubový činitel) Mezi amplitudou hlouby třísy a amplitudou řezného odporu není fázové posunutí 4 Systém je s jedním stupněm volnosti - nástroj mitá ve směru x olmo na y Složa omplexní amplitudy Y i Fi Rdco - receptance Y i+ Fi + Rdco u Ω R dco D poměrné tlumení Ω ω + j D Ωω dosazením za Y i+ a Fi + r( Yi + Yi ) Y i+ Fi + Rdco r( Yi + Y ) Rdco Tedy bude Y i+ r( Yi + Yi ) Rdco / Y r Rdco Yi + Z poměru amplitud následujících po sobě Y Y > r R Y dco Y i + Y i+ + i+ r R dco Yi + Rdco q reproduční součinitel Y i Rdco + r Pro dynamicou stabilitu musí být q < 4 Trhavé pohyby Při nízých luzných rychlostech - při relativním pohybu dvou součástí (u lasicých materiálů litina - litina, ocel - litina) se posouvaná část pohybuje nesouvisle (po malých socích) tzv trhavým pohybem Příčinou tohoto jevu je poles součinitele tření s rostoucí rychlostí U velých strojů (pro velé obroby) (viz obr ) strana 8 / 6

39 Striberův diagram: (závislost oeficientu tření a rychlosti pohybu) Fyziální model principu: Pohybová rovnice rovnováhy : m & x + T ( s0 + v t x) 0 po úpravě : m & x + x s0 T + v t / m ΔT & x &+ x + v t m m m Diferenciální rovnice tvaru: ΔT & x &+ Ω x + Ω v t m homogenní řešení: s t & x&+ Ω x 0 předpolad: xh X e, s t s t s X e + Ω X e 0 obecné řešení s ± ( Ω) ± Ω (omplexní číslo), j s t x& h s X e, s, ± j Ω tedy x h C cos Ω t + Csin Ω t z orajových podmíne pro t 0, x 0, x& 0 partiulární řešení: ΔT & x &+ Ω x + Ω v t m předpolad: x p a + b t x& p b & x& p 0 & x h s X e s t strana 9 / 6

40 dosazením do charateristicé rovnice : ΔT & x &+ Ω x + Ω v t m ΔT ΔT 0 + Ω ( a + b t) + Ω v t > x p + v t m ΔT ΔT a, bv m Ω ΔT X X + X p C cos( Ω t) + Csin( Ω t) + ΔT ΔT pro t0, x0 > 0 C + > C v x& 0 > 0 C Ω + v > C Ω Výslede : ΔT v ΔT X cos( Ω t) sin( Ω t) + v t + Ω h + v t Graf průběhu dráhy v čase t Odstraňování trhavých pohybů: - použitím speciálních maziv - použitím valivých vedení - použitím hydrostaticého vedení (tlaový olej) - použitím speciálních materiálů na luzné plochy (teflonu, plastů ) o velmi nízém oeficientu tření strana 40 / 6

41 Omezování vibrací u vyvrtávacích tyčí : Lanchesterův tlumič mitů (vzduchový, olejový) Tlumič snažíme se ho naladit ta, aby tvary mitů hmoty byly nejlépe v protifázi resp s nejaým zpožděním za budící silou Jiné onstruce tlumičů mitů : - rázový - laděný L Pro poměr 4 5 D lze použít vyvrtávací tyč bez tlumiče strana 4 / 6

42 L Pro poměr 8 0 D Hlouba třísy maximálně musí být vyvrtávací tyč pouze s tlumičem 5 5 [v palcích] nebo,5 5 [mm] 8 5 POHONY OBRÁBĚCÍCH STROJŮ Definice pohonu: Zařízení sloužící přeměně určitého druhu energie na potřebný výon, e změně pohybů, přizpůsobení sil či momentů potřebám obrábění Pohony jsou tvořeny: Hnací jednotou (motor) Mechanismem pohonu (hřídele, ozubená ola) Hlavní pohon - označuje přívod energie do řezu (hlavní energie) Vedlejší pohon - označuje vedlejší pohyby dosažení průřezu třísy Návrh pohonu na požadovaný výon je dle řezné síly nebo momentu Potřebný výon stroje je dán vztahem : F t v M P nebo n P 600 η c 9550η c de P - výon (příon) [W] F t - hlavní složa řezné síly (ve směru rychlosti) [N] v - řezná rychlost [mmin - ] - mechanicá účinnost přenosu energie M - routící moment [N n- otáčy [s - ] Podle výonu a dalších požadovaných mechanicých vlastností pohonu (otáče, rozsahu olísání, veliostí momentů setrvačnosti připojených hmot, odporů) přepočtených na hřídel motoru se určuje požadovaný výon motoru Dále je potřeba znát, vyžaduje-li se eletricé brzdění, reverzace, počet zapnutí za hod, druh zatížení Hlavní požadave je měnit pracovní rychlosti v určitém rozsahu Z hledisa maximální využitelnosti stroje se jeví výhodné v celém rozsahu rychlostí využívat plný instalovaný výon Žádoucí je výon nezávislý na pracovních otáčách vřetena 5 Hnací jednoty Motory: eletricé, hydraulicé, pneumaticé a) Motory rotační - s onstantními pracovními otáčami (jednootáčové eletromotory střídavé) - s něolia otáčovými stupni (víceotáčové eletromotory střídavé) - motory s plynule měnitelnými otáčami (stejnosměrné regulační el motory, střídavé eletromotory s frevenční regulací, hydromotory) strana 4 / 6

43 b) Motory přímočaré (lineární) - eletricý mnohopólový motor - rozvinutý v rovině může být asynchronní, synchronní - hydraulicé a pneumaticé válce 5 Eletricé hnací jednoty ) Stejnosměrné motory - s tyristorovou regulací (široá plynulá změna otáče :000) s buzením cizím, derivačním, sériovým, smíšeným Výhody: malorozměrné, maximální moment už od malých otáče Charateristia: Čím větší počet pólů, tím nižší jsou jmenovité otáčy Výhody: onstantní M, výony P 00 W, nominální otáčy n otmin- Nevýhody: omutační efet (jisření omezení otáče), nutnost usměrňovat napětí (tyristory) Nyní bezomutátorové (náročnější na údržbu) Nová provedení: Disové motory - rotor štíhlý, vinutí nalepené na povrchu otouče; Mnohopólové motory s malými ot a velými momenty setrvačnosti-pro posuvy; Motory s buzením permanentními magnety ) Střídavé motory - nejčastější, nejjednodušší Jsou rozměrově úsporné s vysoou účinností strana 4 / 6

44 Charateristia: Otáčy a) Třífázové s otvou naráto 60 f n p Mohou mít změnu otáče realizovanou stupňovitě změnou počtu pracovních dvojic pólů Ve sutečnosti jsou otáčy nižší vlivem sluzu Výhody: onstantní maximální otáčy Nevýhody: jednoduché b) Asynchronní eletromotory s frevenční plynulou eletronicou regulací otáče Mají vysoou spolehlivost Charateristia: Regulační rozsah: :50 až : 000 Ward-Leonardovo soustrojí: Dnes eletrovřetena rotor je součástí vřetena otáčy až min - Napájení motorů z frevenčního měniče strana 44 / 6

45 Charateristia: Požadave je měnit pracovní rychlosti v určitém rozsahu Z hledisa maximální využitelnosti stroje se jeví výhodné v celém rozsahu rychlostí využívat plný výon Tj nemění-li se výon v závislosti na pracovních otáčách vřetena Rozměrné, hmotné již se nepoužívá ) Kroové motory Používají se pro menší výony (synchronní s buzením permanentními magnety) Ovládací proudové impulsy se převádí postupně na jednotlivé fáze Rotor se otáčí přetržitě - rouje Jednotlivé fáze ovládá rozdělovač impulsů Charateristia: Veliost rou Kro - úhel natočení rotoru na puls,,5 Momentová charateristia Frevence 6 0Hz, lineární motor (4 50Hz) 4 Výstupní výon W 0W Rychlostní charateristia eletromotoru vyjadřuje výstupní závislost routícího momentu M na otáčách n strana 45 / 6

46 Stejnosměrný motor: Střídavý motor: 5 Hydraulicé pohony Používají se jao hlavní hnací jednoty tj pro pracovní vřetena se jich používá jen výjimečné Používají se spíše u vedlejších pohonů Jsou málo účinné a hlučné 6 MECHANISMY KE ZMĚNĚ OTÁČEK Pro různé pracovní poměry (materiál obrobu, užitý nástroj, druh operace, veliost a tvar průřezu třísy) existuje určitá tzv hospodárná řezná rychlost Dle typu (resp druhu) stroje či výrobní operace může být hlavní řezný pohyb rotační (soustruhy, frézy) nebo přímočarý (hoblovy, obrážečy a pod) V případě rotačního pohybu je řezná rychlost dána závislostí otáče a obráběného průměru materiálu π D n Rozsah otáče vřetena je dán nejmenšími a největšími otáčami vřetena (pro v 000 [mmim-] ) n v 000 max min [mim-], π Dmax n v 000 max min [mim-] π Dmin strana 46 / 6

47 v min, v max jsou extrémní hodnoty řezných rychlostí, dané rozsahem prací pro něž je stroj smax stavěn (Rovněž posuvy musí mít odpovídající rozsah, aby byl R S např pro hrubování smin využit maximální výon stroje a pro hlazení (obrábění načisto) bylo dosaženo požadované jaosti (hladosti) povrchu ) Poměr mezi největšími a nejmenšími otáčami nám určuje rozsah otáče nmax Dmax vmax smax A n (či rychlostí A V, posuvů A S ) nmin Dmin vmin smin Pro potřeby pohybů různými (optimálními) rychlostmi jsou před vřeteno (stůl a pod) předřazována ústrojí umožňující změnu mezi rychlostmi v max v min (tedy i n max n min ) Tato ústrojí nazýváme převodová a mohou být různé onstruce Dle usutečňování změny rychlosti mohou tyto převodové systémy být : ) se stupňovitou změnou otáče ) s plynulou změnou otáče Charateristicým uazatelem onstručního uspořádání převodového ústrojí je tzv střední převodové číslo p S p S > - převod do rychla p S < - převod do pomala Převodové číslo v v π d n d n > π p S min n hnací n n n pmin nebo d p d n Převod je definován i, n i > - převod do pomala i < - převod do rychla min n n n motoru max n pmax z rovnosti obvodových rychlostí -HNACÍ HŘŘÍDE, HNANÝ HŘŘÍDE max n hnací i p n i n Při stupňovité změně otáče se neshoduje většinou požadovaná řezná rychlost s řeznou rychlostí nastavenou (stroje) Vzniají ztráty - obecně pracujeme nižší řeznou rychlostí Čím je odstupňování hrubší, tím jsou ztráty větší vstup výstup strana 47 / 6

48 ts V pracovním čase dle t ts( + ), de t S - sutečný (t v - vedlejší), t h - hospodárný th Strojní čas bude nejratší, bude-li pracovat hospodárnou řeznou rychlostí To je možné pouze při plynulé změně - jina bude hlavní čas delší Poměrná časová ztráta : ts -SKUTENÝ τ C HOSPODÁŘH KÝ t h Obvyle je závislá na rozměrech obráběného předmětu Při větším průměru je menší τ C a naopa při menším průměru je τ C větší Použitím hustě odstupňované řady pracujeme téměř rychlostí blížící se hospodárné, ale zvyšuje se podstatně cena stroje Odstupňování se řídí eonomicými fatory Obecně pro určitou časovou ztrátu existuje určitá hustota odstupňování řady, dy je cena výrobu nejnižší Platí, že čím vyšší je poměrná časová ztráta τ C, tím je hrubší odstupňování rychlostí pro hospodárnou onstruci stroje 6 Řady otáče - normalizace Pro odstupňování otáče (i posuvů) lze použít tzv řady aritmeticé, geometricé (nebo obecné) - např závity U OS se používá odstupňování v geometricé řadě i Geometricá řada: n i n Výhody geometricé řady: Poměrné zvýšení hlavního času je v celém rozsahu onstantní u hlavního pohybu rotačního L ts n s n ni ε ts ϕ onst > ε ts t L S n ni n s Členy geometricé řady je možno rozdělit na záladní supiny o stejném počtu členů Přičemž vyšší supina vznine násobením členů nižší supiny činitelem, de je počet členů supiny Např řada pro ϕ : (, 4, 8) (6,, 64) (8, 56, 5) ϕ 6 6 ϕ 8 4 ϕ ϕ 56 8 ϕ ϕ 5 Tato vlastnost geometricé řady podstatně zjednodušuje onstruci převodových sříní Za zálad jsou vztahy geometricé řady vyvolených čísel - a z těch jsou vybrány řady s členy jež odpovídají otáčám asynchronních motorů při plném zatížení tj (70, 900, 400, 800) strana 48 / 6

49 Tyto řady označujeme písmenem R (po francouzi Renardovi) s číslem udávajícím symbolicy podíl řady (vocient) a současně počet členů v desetinném rozsahu Např R0 - má 0 členů otáče od do 0 a podíl je 0 0, ϕ vocient řady Řady odvozené vznily z této tzv záladní řady tím, že se vzal aždý druhý, třetí nebo čtvrtý až šestý člen : R0/, R0/, R0/4, R0/6 Poles řezné rychlosti je v celém rozsahu rychlostí onstantní - viz Rychlostní diagram - pilový - v f (n, D) π D n v ) nmax p ( n) D ; vocient, An ϕ > ϕ p An 000 nmin Geometricá řada : Diagram otáče v závislosti na D a rychlosti v reslíme v logaritmicých souřadnicích (i na strojích) Něde je uvedena tabula pro jednotlivé otáčy strana 49 / 6