Triboloki problemi kod voica maina alatki
Profesor Studentdr Duan otra Budimir Jovanovi 09S/2014
SADRAJ
- Uvod
....................................................................................................................3-
Maine alatke
......................................................................................................4Komponente
alatnih maina
..................................................................................4Statika
optereenja alatne maine
.......................................................................4Dinamiko
optereenje alatne maine
...................................................................5Termiko
optereenje alatne maine
.....................................................................5-
Voice maina alatki
............................................................................................6Vrste
voica
............................................................................................................7Voice
sa trenjem
...................................................................................................7Voice
sa antifrikcionim linearnim kretanjem
.........................................................10Ostale
voice
..........................................................................................................12Hidrostatike
voice
................................................................................................13Aerostatike
voice
.................................................................................................13-
Tribologija alatnih maina
.....................................................................................14Stick-slip
efekt
.........................................................................................................15Hidrodinamiko
podmazivanje
................................................................................16Hidrostatiko
podmazivanje
....................................................................................16ZAKLJUAK:
..........................................................................................................18Literatura:
................................................................................................................19
Uvod
Alatne maine su sastavljene od niza elemenata, ureaja i
mehanizama. Postoji itav niz razliitih vrsta alatnih maina, tako da
se ne moe govoriti o jedinstvenoj konstrukcionoj varijanti ili
izvedbi, pri emu je, tanost obraivanog dela u direktnoj vezi sa
tanou same maine na kojoj se vri obrada istog. Naroito je to vano u
sluaju izrade delova sa uskim tolerancijama. U tom sluaju potrebno
je znati mogunosti maina koje ine mainski park nekog preduzea, te
uiniti sve potrebne radnje kako bi se poboljala preciznost
postojeih maina. U ovom radu pokuao sam da se to vie pribliim CNC
mainama i voicama CNC maina alatki jer je sve vea primjena upravo
takvih maina alatki. Upravo voice su kljune za preciznost i tanost
obrade, zato je od kljunog znaaja poznavati troenje i odravanje
voica.
Maine alatke
Komponente alatnih maina
Kvalitet i pouzdanost CNC alatnih maina zavisi od razliitih
mainskih elemenata i podsistema maine. Pojedini vaniji dijelovi CNC
alatnih maina su:1. nosea struktura mane,2. voice,3. pogoni za
glavna i pomona kretanja,4. vreteno i uleitenje vretena,5. mjerni
sistemi,6. upravljaka jedinica i interfejs operatera,7. senzori,8.
sistem za nadgledanje alata, itd.
Statika optereenja alatne maine
Statiko optereenje, kod alatne maine, potie od teine kliznih
djelova, obratka i sila koja se javljaju prilikom rezanja. Da bi se
deformacija strukture tokom statikog optereenja kretala u
dozvoljenim okvirima, nosea struktura treba da ima adekvatnu
krutost i odgovarajuu konfiguraciju strukture. Generalno gledano
postoje dvije osnovne konfiguracije alatnih maina, kao to je
prikazano na slici
Dinamiko optereenje alatne maineDinamiko opterenje je termin
koji se koristi za sile koje se neprekidno mijenjaju i pri tom
djeluju na noseu strukturu alatne maine tokom njenog rada. Ove sile
dovode do vibracija cijelog mainskog sistema. Vibracije mogu da
potiu od: -neizbalansiranih rotirajuih elemenata, -nedozvoljenog
uparivanja zupanika, -nepravilno izvedenog uleitenja, -promena u
intenzitetu sile rezanja tokom obrade (npr. glodanje), itd.
Uticaj ovih vibracija na performanse maine se smanjuje:
-poveanjem krutosti strukture maine i -poboljanjem prigunih
svojstava.
Termiko optereenje alatne maine
Kod alatnih maina postoji vei broj lokalnih toplotnih izvora
koji poveavaju toplotni gradijent unutar maine. Neki od toplotnih
izvora su: -elektrini motor, -trenje u mehanikom pogonu i
prenosnicima, -proces obrade, -temperatura okoline, itd.
Ovi toplotni izvori prouzrokuju lokalne deformacije, to za
posljedicu ima znaajno pogoranje performansi maine. Da bi smanjili
termiko optereenje treba se generalno pridravati sledeih pravila:
-pogon (motor i prenosnik) treba montirati na spoljnom dijelu
maine, -adekvatnim podmazivanjem otkloniti temperaturu nastalu
usled trenja u leajevima i voicama, -adekvatnim sredstvom za
hlaenje i sistemom za otklanjanje strugotine otkloniti temperaturu
nastalu tokom obrade, -strukturu maine izraditi u termo-simetrinom
dizajnu, itd
Voice maina alatki
Voice se, kod alatnih maina, koriste za: a) upravljanje pravcem
i smjerom kretanja suporta ili radnog stola za koji je alat ili
obradak privren b) apsorbciju svih statikih i dinamikih sila.
Oblik i veliina obratka zavisi od tanosti pri kretanju te od
geometrijske i kinematske tanosti voica. Geometrijski odnos klizaa
(pokretnog dijela) i voice (stacionarnog dijela) sa osnovom maine
odreuje geometrijsku tanost maine. Kinematska tanost zavisi od
odstupanja od pravosti, ravnosti i paralelnosti voica. Ova
odstupanja dovode do mnotva prateih greaka kao to su greke u
koraku, putanji, ili obrtaju to je teko izmeriti i ispraviti.
Takoe, tokom dueg rada maine moe doi do habanja voica to smanjuje
tanost vodeeg kretanja rezultujui tako greku u kretanju i
pozicioniranju. Tokom obrade obradka, vrijednost translacionog
kretanja (veliina pomeranja) moe biti najmanje 20 mm/min, dok tokom
operacija kretanja bez obrade kao to je na primer pozicioniranje
(veliina pomeranja) i do 50 m/min. Tokom izrade voica treba
obraditi panju na sledee:1. tvrdou,2. sposobnost priguenja3.
geometrijsku i kinematsku tanost,4. brzinu klizanja,5.
karakteristike i otpornost trenja,6. mogunost podeavanja zazora,7.
zatitu od strugotine, itd.
Ovi faktori variraju u zavisnosti od primene voica i prema tome
izbor voica i njihove geometrije moe biti od kritine vanosti u
pojedinim sluajevima. Relativni polojaj pogonskog mehanizma u
odnosu na vodee strane klizaa je veoma vaan. U idealnom sluaju
pogonski mehanizam bi trebalo da bude postavljen tako da otpor
trenju i sila trenja u vodeem sistemu budu konstantni.
Vrste voicaPostoje dva tipa voica1. voice sa trenjem, oblika:
cilindrine, V-voice (prizmatine voice), ravne i voice uobliku
lastinog repa (primena kod konvencionalnih alatnih maina),2. voice
sa antifrikcionim linearnim kretanjem (LM) (primena kod CNC alatnih
maina)
Voice sa trenjem Voice sa trenjem su najire primenjivane voice
kod konvencionalnih alatnih maina i to zbog niske cene izrade i
dobrih prigunih svojstava. Ove voice rade u uslovima trenja
klizanja i nemaju konstantan koeficijent trenja. Koefecijent trenja
varira sa brzinom klizanja, to dovodi do cimanja pri kretanju, kao
to je prikazano na slici
Koefecijent trenja ima visoku vrednost na poetku kretanja (kada
su brzine jo male) i kako brzina kretanja raste on brzo opada i
posle odreene kritine brzine ostaje priblino konstantan. Zato, sila
koja omoguuje kretanje treba da bude dovoljno velika da bi
savladala trenje. Ova sila prouzrokuje elastine deformacije u
pogonskim delovima (kao to je zavijno vreteno). Ovako uskladitena
energija u zavojnom vretenu zajedno sa uloenom silom dovodi do
klizanja i breg kretanja suporta. Kako se brzina poveava trenje
opada i dolazi do toga da se trenje zamenjuje klizanjem. Postoji
mogunost da se ovaj ciklus ponovi i dovede do greke u
pozicioniranju i do neujednaenog (skokovitog) kretanja. Ovaj
fenomen je poznat kao stick-slip fenomen a posledica je postojanja
Coulon-ovog trenja. Pojava je naroito znaajna kod numeriki
upravljanih maina, gde se efekta stick-slip-a manifestuje u procesu
ulaska alata u numeriki zadatu koordinatu.Postojanje izvesne
vrednosti Culon-ovog trenja pri kretanju pomakom, je u optem sluaju
poeljno sa gledita priguenja i dostizanja pozicione tanosti, ali
vee vrednosti trenja dovode do uvijanja elastinih elemenata sistema
i efekta stick-slip-a. Da bi ovim efektom moglo da se upravlja,
potrebno je da se nau optimalne vrednosti Culon-ovog trenja koje
zadovoljavaju razliite konstrukcione zahteve.V- voice
V ili obrnuto V, voice su voice koje se najee koriste kod
alatnih maina naroito na postolju struga. Jedna od prednosti V
(obrnutoV) voica je u tome da troenje ne utie na paralelnost voica
sa vretenom. Kada gornji lan sedne na donji postoji direktan
kontaktizmeu povrina ime se automatski obezbeuje poravnanje. Zbog
toga nisu potrebne korekcione letve za popunjavanje zazora
prouzrokovanog trenjem. Na nekim mainama uglovi V-a su razliiti to
smanjuje mogunost neravnomernog noenja V strana. Veina letvi ima
kombinaciju V i ravnih voica i to da bi spreili uvijanje strana i
odizanje suporta od voica.
Ravne i voice u obliku lastinog repa
Iako V voice imaju odreene prednosti, kod CNC maina se koriste
ravne voice i voice u obliku lastinog repa. U odnosu na ostale
voice ravne voice imaju bolju noseu sposobnost. Posle perioda
korienja moe doi do habanja voica zahvaljujui klizanju jedne
povrine odrugu. Korekcione letve se koriste da osiguraju tanost
spajanja kliznih delova ravnih i voica u obliku lastinog repa. One
imaju konusni oblik i slue za redukciju suvinog zazora
prouzrokovanog habanjem.
Kod V voica, ravnih i voica u obliku lastinog repa kontakt
metal-na-metal, izveden je sa livenim gvoem-na-liveno gvoe. Liveno
gvoe moe da bude termiki tretirano (kaljeno) da bi mu se poveala
tvrdoa i da bi se postigla tanost obraene povrine. Ranije su se
nakonobrade na odlivku maine ili odlivku stuba, voice esto runo
grebale (tuirale) da bi se obezbedilo efikasno noenje klizaa na
voice. Sada se, iako se i dalje vri ogranieno grebanje, obrada vri
na preciznim brusilicama. Kada je voica sastavni deo odlivka i kada
se posleizvesnog vremena izhaba, potrebno je rastaviti mainu,
zameniti (obraditi) voice, ime se ponovo uspostavlja njena tanost.
Da bi se prevazili ove potekoe, predobraena kaljena elina voica je
uvrena za odlivak (podlogu) maine i ona moe da bude zamenjena ako
doe do habanja ili oteenja funkcionalne voice.
Cilindrine voiceKod cilindrinih voica unutranji prenik noseeg
kuita obezbeuje oslonac svuda oko voice, kao to je prikazano na
slici. Za relativno male traverze i mala optereenja, cilindrine
voice su veoma efikasne.
Ogranienje pri korienju ovih voica za duge traverze je u tome
daje vodea ipka oslonjena samo na krajevima i moe da se, pod
dejstvom optereenja na sredini, uvije ili ulegne.
Voice sa antifrikcionim linearnim kretanjem
Ove voice se koriste kod CNC alatnih maina da bi : - smanjile
habanje, - obezbedile mirno kretanje, - smanjile trenje, - smanjile
generisanje toplote
Antifrikcione voice se takoer koriste da bi se prevaziao
relativno visok koeficijent trenja kod kontakta metal--metal. One
koriste kotrljajue elemente izmeu pokretnih i nepokretnih delova
maine i u odnosu na voice sa trenjem obezbeuju sledee prednosti: -
mali otpor trenju, - jednostavnost montae, - komercijalno se
isporuuju u stanju spremnom za ugradnju, - sposobnost noenja
velikih optereenja, - mogunost predoptereenja sa veim silama, itd.U
poreenju sa voicama sa trenjem glavni nedostatak ovih voica je
njihova mala sposobnost priguenja. Proizvoai maina alatki koriste
vie konstrukcionih opcija za voice sa antifrikcionim linearnim
kretanjem i to: recirkulacionom posteljicom, linearne leajeve sa
kuglicama i valjcima kao recirkulacione voice sa antifrikcionim
linearnim kretanjem, recirkulacione valjkaste leajeve i poprene
valjkaste leajeve. Iako rotirajui elementi leajeva imaju slabije
karakteristike priguenja od voica sa trenjem zbog vee brzine
traverse voice sa antifrikcionim linearnim kretanjem, se vie
koriste.
Recirkulaciona posteljica
Na slici prikazana je konstrukcija sa recirkulacionom
posteljicom. Proizvoai na tritu nude zaptivene i nezaptivene voice,
to je prikazano na slici. Najtanija tolerancija vratila za neke
aplikacije iznosi 0.005 mm.
Linearni leajevi sa kuglicama i valjcima
Veliki broj CNC alatnih maina uglavnom koriste valjke da bi
obezbjedili kretanje kotrljanjem. Valjci se kotrljaju preko voica
koje su izraene na odlivku maine. One veoma efikasno obezbjeuju
mirno i lako kretanje, ali zahtevaju tanost forme pri izradi na
odlivku. Povrine koje su u kontaktu sa valjcima treba da budu
kaljene. Da bi smanjili problem izrade i tanosti forme, na postolju
maine mogu da budu privrene okaljene eline ine sa specijalizovanim
oblikom za voenje, a du ina se pokree po par specijalnih blokova sa
recirkulacionim kuglicama. Kuglice obezbeuju kretanje kotrljanjem i
sve dok kontaktna forma ina odgovara formi kuglica postojae kontakt
po liniji izmeu kuglica i ina. Ovim postupkom je smanjen
koeficijent trenja. Ove voice zahtevaju izuzetno preciznu izradu.
Razliite forme linearnih voica su prikazane na slici, dok je
primjena i metode montiranja ovih voica objanjena, takoe, na
slici.
Ostale voicePored konvencijalnih tipova voica u upotrebi su kod
CNC alatnih maina i sledei tipovi voica:1. hidrostatike voice,2.
aerostatike voice.
Hidrostatike voice
Kod hidrostatikih voica povrina klizaa je odvojena od voice
veoma tankim filmom fluida pod pritiskom veim od 300 bara. Uljni
film se pri kretanju odrava uz pomo spoljnjeg hidraulinog agregata
koji stvara odgovarajui pritisak. Pozitivan zazor izmeu voica je
kontrolisan i mali je, ili ne postoji u stacionarnom stanju kada
maina ili agregat ne rade, astvara se smo pod dejstvom pritiska
ulja. Habanje trenjem su u potpunosti eliminisani. Uz pomo ovih
voica dobija se visok stepen dinamike krutosti i priguenja pa obje
ove karakteristike doprinose dobrim sposobnostima obrade. Upotreba
ovih voica ograniena jevisokom cijenom izrade i tekoama pri
sastavljanju.
Aerostatike voice
Kod aerostatikih voica kliza je podignut na jastuku koji se
formira komprimovanjem vazduha, ime se u potpunosti razdvajaju
kliza i povrina voica. Osnovno ogranienje ovih voica je njihova
slaba krutost to ograniava njihovo korienje samo na pozicionu
upotrebu.
Tribologija alatnih maina
Kao to je ve navedeno, tokom eksploatacije delovi alatne maine
koji su u kontaktu i relativnom kretanju izloeni su procesu troenja
i zagrevanja.Troenje kliznih povrina kao posledica trenja
predstavlja bitan faktor tanosti i pouzdanosti rada alatnih maina,
posebno trajanja tanosti.
Jedna od mera za smanjenje trenja i troenja je podmazivanje.
Stribeck-ova kriva je eksperimentalno dobijena kriva promene
vrijednosti koeficijenta trenja u zavisnosti od brzine
klizanja.
Stick-slip efekat Stick-slip se manifestuje podrhtavanjem tj.
oscilatornim kretanjem tiela koje nastaje kao posledica naglog
prelaska iz podruija statikog trenja u podruije dinamikog trenja.
Stick-slip se moe ublaiti: - poveanjem brzine klizanja, -
viskoznijim uljem, - veom nosivom povrinom kliznog para, - manjom
masom kliznog elementa, - manjim padanjem koeficijenta trenja u
prvom dijelu Stribeck-ove krive (to se postie ubotrebom polimernih
dodataka u ulju).
Hidrodinamiko podmazivanje
Sloj maziva je takve debljine da u potunosti razdvaja klizne
povrine, tj, one nisu u kontaktu jer je povrinska hrapavost manja
od sloja ulja-maziva. Hidrodinamiko podmazivanje nastaje pri
dovoljno velikoj relativnoj brzini kretanja koju omoguava posebno
oblikovani prorez u cilju formiranja uljnog filma I time
razdvajanja povrina u kontaktu. To je mogue jer je sila optereenja
manja od pritiska maziva.
Hidrostatiko podmazivanje
Za razliku od hidrodinamikog podmazivanja ovaj vid podmazivanja
ne ostvaruje se poveanjem brzine klizanja nego se klizne povrine
odvajaju djelovanjem ulja pod pritiskom iz spoljne jedinice
(pumpe), time je potpuno eliminisano trenje u relativnom
kretanju.Ovaj princip podmazivanja koristi se posebno kod velikih
alatnih maina kako bi se izbjeglo granino i meovito podmazivanje i
to u fazi pokretanja maine pri niim vrijednostima brzina.Nedostatak
hidrostatikog podmazivanja ogleda se u potrebi izrade posebnog
sistema radi ostvarivanja hidrostatikog pritiska.
ZAKLJUAK
Kroz ovaj rad moe se zakljuiti da primenom adekvatnih voica na
mainama alatkama, njihovim odravanjem i adekvatnim podmazivanjem
moe se izbei tetno trenje, oteenje voica a samim tim se obezbediti
i vea tanost maina alatki.
Literatura:
1. Komponente numeriki upravljanih alatnih maina, 1. Deo,
Univerzitet u Niu, Mainski fakultet Ni, katedra za proizvodno
mainstvo.2. A. eki: CNC alatne maine, Univerzitet u Sarajevu,
Mainski fakulet Sarajevo.3. V. Kovaevi; D. Vrsaljko: Tribologija,
Zagreb 2012.4. Peter J. Blau: Friction Science and Tehnology,
second editon.
2
