Vesna Stojanovic 104

Katedra: Informaciono proizvodne tehnologije i industriski menađmentPredmet: CNC sistemi

Seminarski rad:Izbor komponenti NU struga sa dve nezavisno upravljane ose

Biraju se sledeće komponente:

1. Komponente za rotaciono vođenje - sistem glavnog vretena (katalog SKF)a) Tip izvođenja glavnog vretenab) Ležajevi glavnog vretena

2. Komponente za linearno vođenje, prenosnici pogona pomoćnog kretanja (katalog THK) Definisati vrstu izvršnih organa za datu mašinu (radni stolovi, obrtni stolovi, nosači

alata ...) Definisati kretanja izvršnih organa Tip linearnog vođenja (kotrljajno ili klizno vođenje)

a) Izbor elemenata za vođenjeb) Izbor zavojnog vretena i navrtke

3. Sistem za izmenu alata Izbor tipa izmenjivača alata (konvejer ili rotaciona glava) Definisanje karakteristika magacina alata (koliko alata itd.)

4. Pogonski sistemi (katalog SIEMENS) Proračun karakteristika motora glavnog kretanja (snaga, dijapazon brojeva obrta) -

ako nisu zadate Proračun karakteristika motora pomoćnih kretanja (snaga, dijapazon brojeva

obrta) - ako nisu zadate Izbor motora glavnog kretanja Izbor motora pomoćnih kretanja

5. Komponente mernih sistema (katalog HEIDENHEIN) Definisanje vrste mernog sistema (rotacioni ili linearni) Izbor pozicionih davača

6. Upravljačka jedinica (katalog HEIDENHEIN) Izbor upravljačke jedinice i njenih komponenti Povezivanje upravljačkog sistema sa mernim i pogonskim sistemom

Pri izboru komponenti sledi se kriterijum:

1. Minimizacija troškova nabavke mašine2. Maksimizacija kvaliteta obrađenih delova3. Izbor optimalne mašine sa stanovišta troškova nabavke i kvaliteta obrađenih delova4. Maksimizacija mogućeg mehaničkog opterećenje mašine5. Maksimizacija produktivnosti6. Maksimizacija radnog veka komponenti mašine

Page 1

Kandidat: Vesna Stojanović 104


Zadate su sledeće karakteristike NU struga:

Karakteristika Vrednost1. Gabariti L x B x H mm 4250 x 1750 x 1750 Karakteristike obratka2. Max. prečnik postolja mm /3.4.5.

Max. prečnik iznad klizačaMax.dužina iznad postoljaMax.dužina iznad klizača

mmmmmm

304/600

Karakteristike glavnog vretena (pogon i dimenzije)6. Snaga pogonskog motora kW 217.8.

Max. moment na glavnom vretenuStepen iskorišćenja sistema za prenos glavnog kretanja

Nm 320.90

9. Oblast regulisanja broja obrta o/min 0-500010. Prečnik otvora glavnog vretena mm 7611. Max. prečnik stezanja u steznoj glavi mm 200 - 25012. Prečnik vratila na mestu prednjeg ležaja mm 120Karakteristike sistema za izmenu alata (i nosača alata)13.14.15.16.

Max. pomeranje nosača alata po X / Z osiBrzina u brzom hodu po X / Z osiMax.vuča sila po X/Z osiBroj alata

mmm/minmm

220 / 63520 / 24/12

17. Prihvat alata (prečnik I tip konusa) mm DIN 69880, Ǿ 30

Tumačenje zadatog kriterijuma

Kriterijum “Maksimizacija mogućeg mehaničkog opterećenja mašine” podrazumeva da ta mašina može da izdrži najveće opterećenje. Npr. Težina radnog predmeta. Cilj: Uzimamo iz katalog gabaritne delove koje mogu da izdrže najveće opterećenje.

Izabrane komponente pri tome moraju da odgovaraju karakteristikama zadatim u projektnom zadatku.

Page 2


1. Komponente za rotaciono vođenje - sistem glavnog vretena (katalog SKF)

a) Tip izvođenja glavnog vretena

Usvaja se odgovarajući sistem glavnog vretena, koji se sastoji od vretena, ležajeva i kućišta.Izabrana sekcija ‘’Designing for load capacity’’ koja je izabrana iz kataloga SKF omogućava projektovanje u cilju postizanja ‘’maksimalnog mehaničkog opterećenja’’ i koja u potpunosti odgovara zadatom ktiterijumu.

U Sekciji ‘’Designing for load capacity’’ definišemo izbor ležišta i veličinu vretena. Pored dinamičkog opterećenja, postoji i statičko kao i shock-opterećenje koja mogu izazvati štetu ležišta. Na osnovu veličine ležišta potrebno je odrediti nosivost u odnosu na opterećenja.

a) Dinamičko opterećenjeb) Statičko opterećenje

Na osnovu predhodne sekcije biramo sekciju ‘’Designing for stiffness’’ (Projektovanje za krutost) iz koje nadalje razmatramo sisteme 1, 2, 3 i 4 predloženi u datoj sekciji. Teži se izboru najkrućeg sistema koji obezbeđuje postizanje zadatog broja obrtaja glavnog vretena i zadovoljava ostale uslove definisane projektnim zadatkom.

Sistem 1 Pokazuje vreteno za CNC strug sa ležajevima NN 3034 K/SPW33 i 234434 BM1/SP na strani radnog predmeta i NN 3032 K/SPW33 na strani kaišnog prenosa.

Dostižne brzine za vretena koje ovaj sistem omogućava su

ndm=600 000 mm/min, kada se podmazivanje vrši mašću i ndm=800 000 mm/min, kada se podmazivanje vrši pomoću ulja. n je broj obrtaja vretena (o/min), a dm srednji prečnik ležaja (mm).

Sistem 1

Page 3


Provera periferne brzine:Zadato je nmax=5000 o/min i d=120. Iz tabele za ležajeve tipa TN9 (ikona > Angular thurstr boll bearings (Ugaoni kuglasti ležajevi) > Bearings for positioning screws (Ležajevi za pozicijoniranje), za unutrašnji prečnik ležaja d=120, očitava se vrednost spoljašnjeg prečnika D=180,( prikazano u tabeli 1 ispod) te je srednji prečnik dm=(d+D)/2 = (120+180)/2 = 150 mm

Tabela 1

ndm= 5000 150 = 750 000 < 800 000 mm/min, kada se podmazivanje vrši pomoću ulja.

Page 4


Sistem 2Vretena prema ovom sistemu su opremljena ležajevima NN 3020 KTN9/SPW33, BTM 100 B/CDBA i NN 3018 KTN9/SPW33 i rade na maksimalnoj brzini 5 000 r/min kada se podmazivanje vrši mašću. Brzine koje se dostižu ležajevima tipa BTM..B kao i alternativnim ležajevima tipa 2344(00) su oko 11% veće. Krutost mora biti do 50% tipa 2344(00). Sa serijom BTM..A brzina se povećava za 20% dok krutost se smanjuje za oko 40% za razliku od tipa 2344(00). U tabeli 2 prikazana su statička i dinamička opterećenja za ležaj BTM..B koji svakako ne odgovara zadatom projektu, što znači da sistem 1 u odnosu na sistem 2 može da izdrži veće opterećenje.

Sistem 2

Tabela 2

Page 5


Sistem 3Ovaj sistem ne sadrži zadate vrednosti u smislu srednjeg poluprečnika, pa iz tog razloga sistem 3 se odbacuje.

Sistem 4Se takođe odbacuje zbog manje nosivosti, tj. Može da izdrži mala opterećenja koja u ovom slučaju ne odgovaraju.

Zaključak

U odnosu na sistem 2, 3 i 4 sistem 1 u potpunosti odgovara zadatom projektu zbog velike nosivosti koja mogu izdržati velika statička i dinamička opterećenja. Sistem 1 zapravo odgovara u slučaju kada se podmazivanje vrši pomoću ulja.

b) Ležajevi glavnog vretena

Na osnovu izabranog sistema i zadatog kriterijuma “Maksimizacija mogućeg mehaničkog opterećenja mašine” se postavlja ležaj 234424 TN9, tolerancije SP radi ostvarivanja što većeg mehaničkog opterećenja.

Page 6


Simboli

Page 7

Klasa SP tolerancije vratila

Klasa SP tolerancije kućišta

Nominalni prečnik otvora

Pojedinačan prečnik kod otvora

Nomonalni spoljni prečnik

Pojedinačan prečnik spoljne cilindrične površine

Pojedinačna visina kućišta (spoljni prsten)

Pojedinačna visina vratila (unutrašnji prsten)

Pojedinačna visina ležaja


Oznake za odabrani ugaoni kuglični ležaj za vreteno su pronađenje u sekcijama: Product (proizvod) > Angular contact thurst ball bearings (Ugaoni kuglični ležajevi) > Bearings for spindles ( Ležajevi za vretena) > Designations (Oznake) > Diagram (Dijagram)

234424 TN9 znači:

2344 – Serija ležaja24 – Unutrašnji prečnik otvora 24x5=120 mmTN9 - materijal kaveza je kompozit - poliamid ojačan staklenim vlaknima

Dalje iz tabele:SP – Klasa tolerancije B – Kod za kućišteV – Specijalno svojstvo

Page 8


2. Komponente za linearno vođenje, prenosnici pogona pomoćnog kretanja (katalog THK)

a) Izbor elemenata za vođenje

Glavni zadaci elemenata za linearno vođenje su: Kontrola pravca (linije) dejstva nosača alata ili radnog stola, na kojima se nalazi alat

ili radni predmet Prenos statičkih i dinamičkih sila

2.1 Izvršni organi

Izvršni organi zadatog numerički upravljanog struga sa dve nezavisno upravljane ose i jednim izmenjivačem alata su:

1. Uzdužni klizač2. Poprečni klizač3. Revolver glava

Sistem za izmenu alata tipa revolver Uzduzni i poprecni klizač nosačem alata NU struga,

izvođenje pod uglom, zbog veće krutosti sistema (rotacione) glave

2.2 Kretanja izvršnih organaKretanje uzdužnog klizača: u pravcu ose Z, max. pomeranje 635 mm, max. brzinom 24 m/minKretanje poprečnog klizača: u pravcu ose X, max. pomeranje 220 mm, max. brzinom 20 m/min

Page 9


2.3 Tip linearnog vođenja

Usvaja se kotrljajno vođenje, zbog sledećih prednosti nad kliznim: Mali otpor kotrljanju Nema stick - slip efekta Jednostavno sklapanje Mogućnost nabavke gotovih elemenata, momentalno spremnih za ugradnju Mogućnost većeg prednaprezanja

2.4 Izbor elemenata za vođenjeVrši se na osnovu kataloga japanskog proizvođača THK, sekcije LM Guide (linearni ležajevi sa

kuglicama). Procedura za izbor elemenata za linearno vođenje

Algoritam za izbor odgovarajućeg tipa linearnog ležaja sa kuglicama dat je u sekciji II. LM Guide Contents > 4. Selecting the Correct Type of LM Guide > 4.1 Flowchart.

Page 10


2.4.1.Postavljanje radnih uslova (operating conditions) na osnovu algoritma THK

a. Raspoloživi prostor za elemente za linearno vođenje.

Pretpostavljaju se i preliminarno izračunavaju sledeće vrednosti:

Vođenje uzdužnog klizačai. Pretpostavlja se dužina uzdužnog klizača Luk= 550mm

ii. Dužina šina za uzdužno vođenje:

uZ - Kretanje uzdužnog klizaca LUK – Dužina uzd. klizaca

L1 – Dužina šina za uzdužno vodenje

u x

W1

L 2

W2

L PK

Pošto vođice treba da budu dovoljno dugačke da nose klizač i omoguće njegovo kretanje po celoj radnoj dužini, zadatoj max. vrednosti pomeranja nosača alata treba dodati dužinu klizača a zatim tu vrednost povećati za 10 - 30 %

L1 = uz + Luk + (uz + Luk)•(10÷30%) = 635 + 550 + 237 = 1422 mm

iii. Širina šina (pretpostavka): W1=500 mm

Vođenje poprečnog klizačai. Pretpostavlja se dužina poprečnog klizača B2=300mm

ii. Dužina šina za poprečno vođenje:L2 = ux + Lpk + (ux + Lpk)•(10÷30%) = 220 + 300 +100 = 620 mm

iii. Širina šina: (pretpostavka) W2=300mm

Page 11


b. Dimenzije: raspon, broj blokova za linearno vođenje, broj šina i vuča. Rasponi su približno određeni u prethodnoj tački, biće standardizovani nakon

izbora tipa elemenata za vođenje Na osnovu zadatok kriterijuma "Maksimizacija mogućeg mehaničkog

opterećenja mašine ", bitno nam je da usvojimo system koji će izdržati najveće mehaničko opterećenje, u ovom slučaju je Sistem sa nagibom (uzdužni klizač). Sistem će biti nagnut za neki ugao, što je uobičajeno kod NU strugova, radi postizanja veće krutosti sistema. Primeri izvođenja mogu se naći u sekciji II. LM Guide Contents > 3.Design of LM Guide Systems > 1.Example LM Guide Systems

Sistem sa nagibom (uzdužni klizač)

c. VučaVuča se u oba slučaja ostvaruje pomoću zavojnog vretena sa recirkulacionom navrtkom, pri čemu je napadna linija vučne sile između šina.

d. Pravac instalacijeUsvaja se izvođenje pod uglom (tilted); usvaja se ugao od 45.

e. Brzina kretanja: Brzina kretanja uzdužnog klizača: 24 m/min Brzina kretanja poprečnog klizača: 20 m/min

f. Max. raspon koji prelazi klizači: Kretanje uzdužnog klizača: 635 mm Kretanje poprečnog klizača: 220 mm

g. Ostali podaci određeni algoritmom THK, neće se računati zbog dužine proračuna, a biće po potrebi razmatrani u globalu i to s obzirom na zadati kriterijum. To su:

Pravac, napadna tačka i intenzitet sila koje deluju na klizače Frekvencija upotrebe vođica (duty cycle) Traženi radni vek elemenata za vođenje Preciznost kretanja (visoka - sledi iz kriterijuma) Uslovi održavanja

Page 12


2.4.2. Izbor odgovarajućeg tipa elementa za linearno vođenje

Postoje dva osnovna tipa elemenata za linearno vođenje: elementi koji imaju veću nosivost u radijalnom pravcu nego u bočnom (Radial type) i oni koji imaju jednaku nosivost u oba pravca (4-way equal-load-rating design). Ostali elementi svrstavaju se u istoimenu grupu.

Mogući pravci dejstava sila i momenata na LM blok

PR: Radijalna sila MA: Moment u pravcu izdizanjaPL: Suprotnosmerna radijalna sila MB: Moment u pravcu zaokretanjaPT: Bočna sila MC: Moment u pravcu ose vođica

a) b)Osnovni tipovi elemenata za linearno vođenje i krive raspodele nosivosti: a) ista nosivost u 4 smera, b)

radijalni tip

Na osnovu zadatog kriterijuma (koji zahteva "Maksimizacija mogućeg mehaničkog opterećenja mašine ") biraju se elementi za linearno vođenje koji imaju jednaku nosivost u sva 4 smera (sekcija II. LM Guide Contents > 2. Types of LM Guides > 4-way equal-load-rating design).

Jednaku nosivost u 4 smera, uz napomenu da se koriste za NC strugove (tj. stoji "NC lathe" u koloni Major applications), imaju elementi tipa: SNS, NRS, SHS, HSR, CSR i HRW. Kod tipova SNS i NRS dominantna je nosivost a kod tipova SHS i HSR krutost, dok su tipovi CSR i HRW specifični. Zato se, shodno kriterijumu, "Maksimizacija mogućeg mehaničkog opterećenja mašine " izbor sužava na SNS i NRS zbog nosivosti.

U daljem tekstu detaljno se razmatraju dva pomenuta tipa LM elemenata, na osnovu odgovarajućih kataloga (III Caged BallTLM Guide i LM Guide ®.

Tipovi i dimenzije blokova tipa SNS nalaze se u sekciji III Caged BallTLM Guide > SNS Type, a blokova tipa NRS u sekciji LM Guide > HSR Type. Na osnovu zadatih dimenzija klizača inicijalno se biraju blokovi SNS 65 R i NRS 65 R

Page 13


Model.No. Externaldimensions

Basic load rating

HeightM

WidthW

LengthL

CkN

C0

kNSNS 65 R 75 126 246 204 425NRS 65 R 105 260 294 376 737

Zbog maksimizacije mogućeg mehaničkog opterećenja mašine biraće se klasa tačnosti sa najužim tolerancijama. Na osnovu tabele u poglavlju 6.3, bira se klasa tačnosti SP, kao maksimalna preporučena za NC strug.

Page 14


U sekcijama III Caged BallTLM Guide > SNS Type > Accuracy standards i LM Guide > NSR Type > Accuracy standards date su vrednosti tolerancija za visinu blokova, razliku u visini između blokova na istoj šini, radnu paralelnost itd., za različite klase tačnosti. U ovom slučaju vrednosti tolerancija za dva izabrana tipa blokova su iste.

Dužina šine

Tačnost tipova SNS i NSR je podeljena u pet grupa: normalna, visoka, precizna, super - precizna, i ultra – precizna prikazano u tabeli.

Page 15


SNS 65

NSR 65

Item No symbol

H P SP UP

Tolerance for the height M 0.1 0.07

0 -0.07

0 -0.05

0 -0.03

Tolerance for the height Mdifference among LM blocks

0.03 0.02 0.01 0.007 0.005

Tolerance for rail-to-blocklateral distance W2

0.1 0.07

0 -0.01

0 -0.05

0 -0.03

Tolerance for rail-to-block lateraldistance W2 difference among LM blocks

0.03 0.025 0.015 0.010 0.007

Running parallelism of LM-blocksurface with respect to surface

C (slika gore)

Running parallelism of LM-blocksurface with respect to surface

D (sliku gore)

Tolerancije dimenzija i radna paralelnost (vrednosti su date u mm )

Na donjoj slici prikazan je uticaj prednapregnutosti blokova na krutost klizača. Za NU strugove uvek se bira radijalni zazor C0, koji podrazumeva postojanje preklopa unutar bloka. Radijalni zazor direktno utiče na krutost sistema (poglavlje 5.3).

Na osnovu razmatranja u poglavlju 5. Designing Rigidity, zaključuje se da treba uporediti radijalne zazore blokova SNS i NSR, za slučaj prednaprezanja C0. Za klasu tačnosti C0 zazor je negativan - tj. postoji preklop usled prednaprezanja. Zaključuje se da je u slučaju elementa SNS 65 preklop potreban za postizanje iste klase tačnosti manji (tabela dole desno), što podrazume mehaničko opterećenje.

Radijalni zazor (m), klasa C0 - sa prednaprezanjem srednjeg intenziteta - koristi se za NC strugove

Razlika između pomeranja klizača bez i sa prednaprezanjem

Page 16

Medium preloadC0

NSR 65 -20 -14SNS 65 -20 -14


Na osnovu predhodnog izlaganja za uzdužni klizač se biraju 4 elementa tipa SNS 65.

Treba usvojiti standardnu dužinu šine (sekcija LM-Rail Standard and Maximum Lengths), koja se uklapa u granične vrednosti dobijene orijentacionim proračunom (tj. da ne izlazi iz granica L1 = uz + Luk + (uz + Luk)•(10÷30%), za primer uzudžnog klizača).

L1 = uz + Luk + (uz + Luk)•(10÷30%) = 635 + 550 + 237 = 1422 mm

Za tip SNS 65, standardna dužina šina najbliža orijentaciono proračunatoj iznosi

2. Tačna oznaka izabranog elementaU sekcijama Model-number coding, dato je objašnjenje oznake za svaki tip LM bloka.

Šina ukupne dužine L

Page 17

L=1570


Oznaka usvojenog elementa za linearno vođenje je:

SNS 65 R 2 SS C0 + 1570L SP - II

SHS 65 - broj modelaR - klasifikacija elementa2 - broj blokova na istoj osiSS - zaptivke na obe strane blokaC0 - radijalni zazor1570L - dužina šineSP - klasa tačnostiII - broj osa

Page 18

Documents

Vesna Stojanovic 104