PROIECT DE AN LA DISCIPLINA

PROIECTAREA DISPOZITIVELOR

Student:

..

Program de studii, grupa

Conductor proiect: .

2010

1

PROIECT LA DISCIPLINA PROIECTAREA DISPOZITIVELOR

S se proiecteze un dispozitiv de prindere, bazat pe setul modular AMFm_2010, pentru prelucrrile prin achiere: frezare plan, frezare canal, gurire 4 alezaje 8,5 mm efectuate pe un centrul de prelucrare, n condiiile unei producii de serie mic 500 buci anual, pe loturi. 1. Culegerea i prelucrarea datelor iniiale: caracteristicile semifabricatului, caracteristicile MU, fore, momente de achiere, schia operaiei, codificarea suprafeelor semifabricatului. 2. Stabilirea arhitecturii dispozitivului. 3. Sinteza conceptual i configurativ a dispozitivului modular de prindere: 3.1. Identificarea CGD 3.2. Determinarea gradelor de libertate preluate de dispozitiv. 3.3. Partiionarea gradelor de libertate pe elementele geometrice ale piesei. 3.4. Selecia suprafeelor de fixare. 3.5. Alegerea modulelor de reazem i a modulelor de fixare. 3.6. Sinteza dimensional a reazemelor principale nemodulare (doar n mod excepional, la anumite proiecte). 3.7. Proiectarea schemelor de amplasare a modulelor i ierarhizarea variantelor DPM. 4. Verificarea preciziei dispozitivului de prindere modular. 5. Verificarea stabilitii piesei sub aciunea forelor. 6. Verificarea deformaiilor piesei. 7. Verificarea neinterferenei sculei cu modulele dispozitivului. 8. Elaborarea desenului de ansamblu al dispozitivului modular.Observaie Exemplul de proiect de mai jos are scop didactic, textul folodind fonturi Arial 11, Italic colorat albastru are rol explicativ, nu este necesar a fi inserat n proiect. Deoarece metoda de proiectare este cea a

convergenei dirijate [PUG91] etapele de mai sus au urmtoarea schem bloc.

2

3

4

START

Date tehnologice

0. Analiza datelor i definirea problemei 1. Proiectarea arhitecturii DPM 2. Proiectarea conceptual i configurativ a DPM i = 1 n variante i:=0 nu 5 i FH), mai exista o for vertical (FV) de apsare a piesei pe baza de aezare. Traiectoriile frezei sunt reprezentate cu linie ntrerupt. Acestea au fost gndite astfel nct, pe ct posibil, forele de achiere s se nchid prin reazeme.

12

Fig. 6. Exemple de DPM constriute pe baza sistemului modular AMF M12

Tabel 3. Matricea consecinelor utilizat pentru ierarhizarea DPMLungime traiectorie scul nchidere fore de achiere + 0 Varianta DPM a 0 0 1 1 Varianta DPM b + 1 1 0 Varianta DPM c + + 2 0 0

Conform matricei consecinelor din tabelul 3 ierarhizarea DPM este: c b a, deci verificrile ncep cu DPM c. 4. Verificarea preciziei dispozitivului de prindere modular Dispozitivul de prindere contribuie la eroarea total de prelucrare prin urmtoarele componente: 1. Eroarea datorat bazrii semifabricatului n dispozitiv (b). 2. Eroarea cauzat de imprecizia execuiei i uzurii dispozitivului (c).

13

3. Eroarea generat de deformaiile elasto-plastice ale semifabricatului sub aciunea forelor de achiere i a celor de strngere (eroarea de fixare) (f). 4. Eroarea datorat impreciziei de poziionare i orientare a dispozitivului pe MU (d). n calculele curente de verificare a DPM se lucreaz curent cu b, mai rar cu eroarea combinat b i c, i doar pentru piesele puin rigide se iau n considerare f, uzual prin intermediul analizei cu element finit. Erorile b i c sunt de natur geometric, modelele utilizate n analiza preciziei DP, DPM se ncadreaz n patru categorii: M0. Modelul ia n considerare doar erorile induse de piesa real, ignornd aportul impreciziei reazemelor. Acesta se poate aplica pentru semifabricate cu abaterile dimensionale, de form i de poziie mult mai mari dect cele ale modulelor de reazem (de obicei semifabricate cu suprafee de bazare brute). M1. Modelul consider piesa neafectat de erori dimensionale, de form i de poziie i ia n considerare doar erorile de poziie ale reazemelor abstractizate la nivel de puncte de contact cu piesa. Acesta este util dac piesa este foarte precis comparativ cu dispozitivul modular, caz rar. M2. Model dezvoltat din cele anterioare. Este modelul cel mai des utilizat cnd piesa i modulele de reazem au abateri comparabile. M3. Modelul cel mai complet, care abandoneaz abstractizarea modulelor de reazem ca puncte de contact i ia n considerare i modelele geometrice reale ale acestor module. Acest model se apropie cel mai mult de realitate, ns este mai dificil de rezolvat dect celelalte i poate fi aplicat cu succes pentru componente foarte rigide ale subsistemului pies-dispozitiv modular. Abordarea prin metoda de simulare Monte Carlo, dei necesit un efort de calcul automat mai mare (sunt necesare eantioane n>300000), duce la rezultate apropiate de realitate [PAU08] . Eroarea de bazare (b) apare doar dac se lucreaz cu scule reglate la cot. Metodele care nu implic prelevarea de achii de prob sunt numite generic metode de lucru cu scule reglate la cot, n care se ncadreaz i prelucrarea pe MUCN. n acest sistem scula achietoare se regleaz fa de un sistem de referin ataat DP i se consider c acesteia nu i se efectueaz reglri de poziie i orientare n intervalul dintre dou reascuiri. Eroarea de bazare este o eroare ntmpltoare i este calculat lundu-se n considerare un model geometric tip M1, fiind generat de: 1. Necoincidena bazelor de control cu cele de poziionare i orientare. 2. Abateri de la poziia reciproc a BPO, abateri de form a BPO. 3. Jocuri necompensate ntre suprafee active ale reazemelor i bazele de poziionare i orientare bi sau polilaterale ale semifabricatului (de exemplu jocuri ntre boluri, dornuri rigide i baze cilindrice). Pe baza studiilor statistice s-a ajuns la concluzia c eroarea de bazare admisibil (ba) este 1/3... 1/2 din tolerana prescris condiiei geometrice determinante (Tx) : bax= Tx/2 3

14

n cazul SBM adoptate valorile ba sunt:

ba 20 =

0,052 0, 2 0, 2 = 0,017...0,026 ba 21,5 = = 0,066...0,1 ba10 = = 0,066...0,1 2...3 2...3 2...3

(1)

Dup cum se observ din relaiile 1, acestea sunt destul de imprecise, deci este raional a se determina erorile de bazare reale (cele asociate DPM) cu o precizie similar cu cea cu care se compar acestea i anume cu cea a erorilor de bazare admisibile. n cazul exemplului DPMc toate erorile de bazare sunt nule deorece s-au folosit doar BPOP, deci compararea cu ba este inutil.

b 20 = b 21.5 = b10 = b10 = 0

(2)

Este necesar o verificare i a erorilor induse piesei de ctre imprecizia constructiv a DPM. n acest scop se utilizeaz programul amf2d_demo.exe din folderul SB321 CU 2 PLACUTE LATE. Pentru verificarea erorilor geometrice ale cotei 21,5 asociate canalului se testeaz punctele extreme (x1=0mm i x1=100mm). Pentru primul punct, setrile i rezultatele se vd n figura de mai jos.

Fig. 7. Setri i rezultate pentru verificarea punctului de coordonate (0, 21,5) Tabel 4. Rezultatele simulrilor Monte Carlo

15

n tabelul de mai sus primele dou linii se refer la erorile canalului, iar celelalte la erorile celor 4 alezaje. Pentru comparaia cu erorile admisibile intereseaz er.D (eroarea combinat pe X i Y). Se observ ca acestea sunt mai mici dect cele admisibile care au valori 0,66 0,1 mm. Pentru verificarea preciziei de realizare a cotei 20 se ia n considerare tolerana cotei treptei placutelor, 25 0,01 . Deoarece 20 = 0,02 a 20 = 0,017...0,026mm se consider c i acesta

condiie este satisfcut la limit. 5. Verificarea stabilitii piesei n studiul forelor de prindere a unei piese ntr-un dispozitiv se pot utiliza mai multe modele rezultate din combinri ale diferitelor ipoteze de calcul: piesa rigid sau deformabil global sau local; la fel DP; frecrile considerate nule (legturi ideale) sau nu (legturi reale); zonele de contact pies module considerate punctiforme sau suprafee. n marea majoritate a aplicaiilor se lucreaz cu ipoteza deformabilitii locale a piesei i/sau modulului de dispozitiv i se face aproximarea la contact punctiform. Echilibrul semifabricatului n dispozitiv trebuie realizat n trei regimuri de funcionare: 1. Regimul staionar postinstalare a obiectului n dispozitiv. Dac se neglijeaz greutatea proprie a semifabricatului, piesa este supus numai la forele de legtur semifabricat - elemente de bazare, fixare. 2. Regimul nestaionar generat de accelerarea / frnarea elementului mobil al mainii pe care este instalat dispozitivul. n acest caz, n afar de forele de legtur semifabricat-elemente de bazare, fixare intervin fore ineriale, centrifuge dac micarea este de rotaie. 3. Regimul tehnologic staionar. Pe lng forele de legtur semifabricat-elemente de bazare, fixare acioneaz n principal forele i momentele de achiere. Un model simplu al sistemului pies-dispozitiv presupune c: semifabricatul, elementele de bazare, de fixare se consider corpuri solide nedeformabile; legturile semifabricatului sunt unilaterale, transmind fora ntr-un singur sens i sunt modelate cu ajutorul contactelor punctiforme; legturile sunt ideale (fr frecare). n procesul de sintez a schemelor de fixare, de obicei se cunoate P&O de echilibru a semifabricatului (schema de bazare), se cunosc poziiile punctelor de aplicaie a forelor de legtur Nj (de rezemare i de fixare, normale pe suprafeele piesei) i forelor exterioare Fi (fore de achiere), direciile forelor, sensul lor, necunoscute fiind modulele forelor (Nj). n modelul de

16

mai sus condiiile de echilibru static conduc la ase ecuaii. Dac necunoscutele sunt Nj sistemul este liniar. Se demonstreaz c pentru imobilizarea piesei sunt necesare cel puin 7 legturi i c rangul legturilor pe reazeme trebuie s fie 6. Deci n cazul unei bazri complete i corecte (de exemplu 3-2-1), necunoscutele N1...N6 pot fi determinate funcie de a aptea for N7, for de legtur nedeterminat (fora de fixare) prin care se realizeaz "reglarea" strngerii semifabricatului. Condiia stabilitii piesei n DP se rezum la condiia existenei legturilor unilaterale, care are semnificaia c piesa trebuie s rmn n contact cu reazemele: Nj >0 , j=1 ... NL (3) Dac modelul de mai sus este completat i cu forele de frecare (legturi reale), dificultatea rezolvrii ecuaiilor de echilibru static const n faptul c pentru forele de frecare nu se cunosc parametrii suporturilor (cosinusurile directoare), ci doar planele n care acestea acioneaz. O posibil rezolvare se bazeaz pe direcii presupuse de acionare a forelor de frecare, considernd necunoscute doar modulele forelor. Se pot analiza mai multe tendine de pierdere a echilibrului static, pentru fiecare dintre acestea se rezolv sistemul de echilibru acceptndu-se soluiile acoperitoare. Aceast metod are avantajul c opereaz cu ecuaii de echilibru liniare, ns corectitudinea ei depinde de justeea ipotezelor referitoare la direciile i sensurile forelor de frecare. Deoarece modelele simplificae de mai sus sunt conforme cu realitatea doar n relativ puine cazuri, n practica inginereasc se iau n considerare fore exterioare mai mari dect cele reale, amplificate prin coeficieni de siguran. K = Kii =1 7

(4)

unde K1=1,5 este coeficient de siguran garantat; K2 ia valori funcie de uniformitatea adaosului de prelucrare, K2=1 pentru finisri i K2=1,2 pentru degrori; K3 ine seama de gradul de uzur a sculelor achietoare K3 = 1 1,9; K4 ia valorea K4=1 dac achierea este continu i K4=1,2 dac este intermitent; K5 ine seama de caracterul forelor de fixare, K5=1 dac forele de fixare sunt constante, K5=1,3 dac sunt variabile; K6 este operant doar n cazul acionrii manuale i ia n considerare ergonomicitatea sistemului de acionare K6 =1...1,6; K7 ine seama de ntinderea suprafeei de rezemare, K7=1 dac rezemarea se face pe suprafee mici, K7=1,5 n caz contrar. Din considerente economice exist tendina de a se executa ct mai multe operaii de achiere dintr-o singur prindere a piesei n DPM, n consecin din considerente de productivitate a proiectrii, de obicei este verificat stabilitatea la solicitarea/ile cea/cele mai intens/e. n cazul DPM c deoarece piesa este bazat 3-2-1 i se aplic doar o for de fixare, sistemul poate fi aproximat cu unul cu 7 legturi ideale. Verificarea se face pentru frezarea suprafeei superioare a piesei, caz n care ipoteza de pierdere a echilibrului ar fi rotirea piesei fa de muchia plcuei de ghidare (fig. X.13).

17

Fig. 7. Ipoteza de pierdere a echilibrului piesei

Din sistemul de ecuaii de echilibru a piesei, n ipoteza neglijrii frecrilor rezult fora de strngere necesar S are valoarea maxim cnd x=0 (n partea terminal a frezrii plane simetrice): S= Ft ( H h ) Fv x h S max = Ft ( H h ) h = 1860 1,5 1, 2 1,3 ( 20 5 ) 5 = 13000 N (5)

Din calculele efectuate rezult c deoarece modulul de fixare lateral poate dezvolta o for de strngere de pn la 20kN piesa nu este n pericol s i piard echilibrul. 6. Verificarea deformaiilor piesei Verificarea deformaiilor elasto-plastice ale pieselor se efectueaz n cazul n care acestea au rigiditi mici, de exemplu pentru anumite repere din industria aviatic care trebuie s aiba mas minim i rigiditate relativ mare. n acest context se pune problema general a optimizrii forelor de fixare i/sau a poziiilor elementelor de reazem i fixare astfel nct piesa s se deformeze ct mai puin n zonele sensibile. Fore de fixare prea mici i eventual absena sau insuficiena reazemelor suplimentare pot cauza instabilitatea piesei, pe cnd fore de strngere prea mari o pot deforma peste limitele acceptabile. Modelele utilizate sunt multiple: dac se lucreaz cu un obiect solid rigid, ori se ia n considerare rigiditatea ntregii piese sau numai cea local n zonele de contact cu reazemele i elementele de fixare; elemente de reazem, fixare pot fi considerate solide deformabile sau nu; forele exercitate sunt fore de strngere variabile (mecanisme formate din corpuri elastice) sau fore de strngere constante (care nu depind de deformaii, mecanisme fr autofrnare acionate cu motoare pneumatice, hidrostatice); regim de solicitare static sau dinamic; legturi ideale sau reale (sub efectul frecrilor, reaciunile pe reazeme rezult din calcule n general mai mici, n consecin i deformaiile elastice de contact calculate sunt mai reduse). Analiza rigiditii DP este n general complicat deoarece modelul matematic este neliniar datorit rigiditilor de contact i efectelor forelor de frecare. Majoritatea modelelor care se bazeaz doar pe rigiditile locale ale piesei i elementelor de contact ale DP consider c mediile sunt omogene, elastice i legturile sunt ideale.

18

Deoarece piesa este rigid i contactele cu modulele dispozitivului se fac pe suprafee relativ mari nu exist pericolul unor deformaii elasto-plastice periculoase. 7. Verificarea neinterferenelor scule elemente DPM Freza cilindro-frontal cu diametrul 100mm nu interfereaz cu plcuele de reazem i nici cu modulul de fixare lateral.

Fig. 8. Vedere lateral a DPM c Deoarece DPMc corespunde ca precizie, rigiditate, stabilitate i nici nu interfereaz cu sculele este considerat ca variant optim, nemaifiind necesare verificrile pentru celelalte variante. Bibliografie [PAU06] T. Punescu, H.Bulea, R.Punescu. Dispozive modulare. Vol 1. Construcie, exploatare. Editura Universitii ''Transilvania '' din Braov, 2006, ISBN (10) 973-635-424-4. [PIC92] C.Pico. a. Proiectarea tehnologiilor de prelucrare mecanic prin achiere. Vol.1. Ed. Universitas, Chiinu, 1992. [PAU08] T. Punescu, H.Bulea, R.Punescu. Dispozive modulare. Vol 2. Modele matematice. Editura Universitii ''Transilvania '' din Braov, 2008, ISBN (10) 978-973-635-723-7. [PUG91] S.Pugh. Total Design. Addison Wesley Publishing Company. 1991.

19

Anexa

20

21

22