Nowy podręcznik. konwencjonalnych obrabiarek skrawających do obróbki. Zapowiedź. Przygotowywanie. Branża mechaniczna i samochodowa

Transkrypt

1 Przygotowywanie konwencjonalnych obrabiarek skrawających do obróbki Branża mechaniczna i samochodowa Podręcznik do nauki zawodów TECHNIK MECHANIK OPERATOR OBRABIAREK SKRAWAJĄCYCH 2016 Zapowiedź Nowy podręcznik

2 Oferta WSiP dla branży mechanicznej i samochodowej Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne polecają publikacje do nauki zawodów: technik mechanik, operator obrabiarek skrawających, technik pojazdów samochodowych, mechanik pojazdów samochodowych, elektromechanik pojazdów samochodowych i ślusarz przygotowane zgodnie z nową podstawą programową. Przygotowywanie Przygotowywanie Przygotowywanie Wykonywanie obróbki Wykonywanie obróbki konwencjonalnych obrabiarek skrawających na konwencjonalnych na konwencjonalnych obrabiarkach obrabiarkach skrawających skrawających do obróbki Kwalifikacja M.19.1 Podręcznik do nauki zawodów Kwalifikacja M.19.3 Przygotowywanie konwencjonalnych obrabiarek skrawających do obróbki (M.19.1) Podręcznik podręcznik do nauki zawodów TECHNIK MECHANIK OPERATOR OBRABIAREK SKRAWAJĄCYCH Wykonywanie obróbki na konwencjonalnych obrabiarkach skrawających (M.19.2) w branży mechanicznej i samochodowej Kwalifi kacja M.19.4 Kwalifikacja Podręcznik do nauki zawodów TECHNIK MECHANIK OpERATOR OPERATOR ObRAbIAREK OBRABIAREK SKRAWAJĄCYCH skrawających Rysunek techniczny zawodowy na obrabiarkach obrabiarekach na sterowanych sterowanych numerycznie numerycznie do do obróbki obróbki Podręcznik podręcznik do nauki zawodów TECHNIK MECHANIK OPERATOR OBRABIAREK SKRAWAJĄCYCH wykonywanie obróbki Wykonywanie obróbki obrabiarek obrabiarek sterowanych sterowanych numerycznie numerycznie Kwalifi kacja M.19.2 Kwalifikacja REFORMA 2012 REFORMA 2012 REFORMA 2012 REFORMA 2012 Podręczniki TECHNIK MECHANIK OpERATOR OPERATOR ObRAbIAREK OBRABIAREK SKRAWAJĄCYCH skrawających Przygotowywanie obrabiarek sterowanych numerycznie do obróbki (M.19.3) Wykonywanie obróbki na obrabiarkach sterowanych numerycznie (M.19.4) Podręcznik do nauki zawodu TECHNIK MECHANIK TECHNIK POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH Rysunek techniczny zawodowy w branży mechanicznej i samochodowej REFORMA REFORMA REFORMA PDG / BHP Prowadzenie działalności gospodarczej BHP Prowadzenie działalności gospodarczej BHP w branży mechanicznej w branży mechanicznej w branży samochodowej w branży samochodowej EFEKTY KSZTAŁCENIA WSPOLNE DLA BRANŻY EFEKTY KSZTAŁCENIA WSPÓLNE DLA BRANŻY EFEKTY KSZTAŁCENIA WSPÓLNE DLA BRANŻY BHP w branży mechanicznej PDG w branży samochodowej Pracownia diagnostyki samochodowej DIAGNOZOWANIE I NAPRAWA PODZESPOŁÓW I ZESPOŁÓW POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH Pracownia diagnostyki samochodowej (M.18) Testy i zadania praktyczne NOWA PODSTAWA PROGRAMOWA PRAKTYCZNA NAUKA ZAWODU NOWA PODSTAWA PROGRAMOWA PRAKTYCZNA NAUKA ZAWODU Publikacje do praktycznej nauki zawodu BHP w branży samochodowej Pracownia mechatroniki samochodowej DIAGNOZOWANIE ORAZ NAPRAWA ELEKTRYCZNYCH I ELEKTRONICZNYCH UKŁADÓW POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH Pracownia mechatroniki samochodowej (M.12) nowa PODsTaWa PrOGramOWa PDG w branży mechanicznej Testy i zadania praktyczne egzamin zawodowy Technik mechanik ślusarz kwalifikacja EFEKTY KSZTAŁCENIA WSPÓLNE DLA BRANŻY m.20 Testy i zadania praktyczne (M.20) Te i inne publikacje do nauki zawodów: technik pojazdów samochodowych, technik mechanik, mechanik-monter maszyn i urządzeń, ślusarz, elektromechanik pojazdów samochodowych, mechanik pojazdów samochodowych (kwalifikacje M.42, M.44, M.17, M.20, M.12, M.18) można obejrzeć i kupić pod adresem sklep.wsip.pl

3 Szanowni Państwo, z przyjemnością przedstawiamy Państwu fragmenty nowego podręcznika, spełniającego wszystkie wymagania nowej podstawy programowej kształcenia zawodowego. Jest to publikacja gwarantująca skuteczne przygotowanie do egzaminów potwierdzających kwalifikacje w zawodzie, napisana językiem zrozumiałym dla ucznia i wzbogacona o atrakcyjny materiał ilustracyjny. Prawdziwa nowość, warta Państwa uwagi. 1 września 2012 roku Ministerstwo Edukacji Narodowej rozpoczęło reformę szkolnictwa zawodowego, która wprowadziła nową klasyfikację zawodów oraz ich podział na kwalifikacje. Dla wszystkich wyodrębnionych zawodów przygotowano nowe podstawy programowe. Zmieniła się także formuła egzaminu zawodowego wprowadzono egzamin potwierdzający kwalifikacje w zawodzie. Uczniowie kończący naukę w zasadniczej szkole zawodowej i technikum oraz słuchacze szkół policealnych, po zdaniu egzaminów pisemnego i praktycznego, otrzymują dyplom potwierdzający kwalifikacje w zawodzie. Aby umożliwić Państwu zapoznanie się z naszym podręcznikiem, prezentujemy wykaz zawartych w nim treści oraz fragmenty wybranych rozdziałów. Wierzymy, że przygotowana przez nas oferta umożliwi Państwu efektywną pracę oraz pomoże w skutecznym przygotowaniu uczniów i słuchaczy do egzaminu zarówno w części pisemnej, jak i praktycznej. Branża mechaniczna i samochodowa Zapraszamy do korzystania z naszego podręcznika. Warto uczyć z nami! Artur Dzigański Kierownik Zespołu Kształcenia Zawodowego Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne Spółka Akcyjna

4 Kształcimy zawodowo! WSiP skuteczne przygotowanie do egzaminów potwierdzających kwalifikacje w zawodzie Publikacje: zgodne z nową podstawą programową z aprobatą MEN opracowane w podziale na kwalifikacje napisane przez specjalistów i nauczycieli praktyków z dużą liczbą ćwiczeń, przykładów praktycznych, tabel i schematów z wyróżnieniem najważniejszych treści, rysunkami i ilustracjami ułatwiającymi zapamiętywanie

5 REFORMA 2012 Przygotowywanie konwencjonalnych obrabiarek skrawających do obróbki Janusz Figurski, Stanisław Popis M.19.1 Podręcznik do nauki zawodów TECHNIK MECHANIK OPERATOR OBRABIAREK SKRAWAJĄCYCH

6 Podręcznik dopuszczony do użytku szkolnego przez ministra właściwego do spraw oświaty i wychowania i wpisany do wykazu podręczników przeznaczonych do kształcenia w zawodach na podstawie opinii rzeczoznawców: mgr. Rafała Janusa, mgr. Janusza Górnego, mgr. inż. Ryszarda Janasa. Typ szkoły: technikum, zasadnicza szkoła zawodowa. Zawód: technik mechanik, operator obrabiarek skrawających. Kwalifikacja: M.19. Użytkowanie obrabiarek skrawających. Część kwalifikacji: 1. Przygotowywanie konwencjonalnych obrabiarek skrawających do obróbki. Rok dopuszczenia: 2016 Copyright by Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne Warszawa 2016 Wydanie I Opracowanie merytoryczne i redakcyjne: Małgorzata Skura (redaktor koordynator), Marek Piastowski (redaktor merytoryczny) Konsultacje: Ryszard Dolata Redakcja językowa: Anna Kapuścińska Projekt okładki: Dominik Krajewski Ilustrator: Jacek Chlebicki Fotoedycja: Agata Bażyńska Skład i łamanie: Ledor Źródła ilustracji i fotografii Okładka: (tokarka) Aumm graphixphoto/shutterstock.com Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne Spółka Akcyjna Warszawa, Aleje Jerozolimskie 96 Tel.: Infolinia: Publikacja, którą nabyłaś / nabyłeś, jest dziełem twórcy i wydawcy. Prosimy, abyś przestrzegała / przestrzegał praw, jakie im przysługują. Jej zawartość możesz udostępnić nieodpłatnie osobom bliskim lub osobiście znanym. Ale nie publikuj jej w internecie. Jeśli cytujesz jej fragmenty, nie zmieniaj ich treści i koniecznie zaznacz, czyje to dzieło. A kopiując jej część, rób to jedynie na użytek osobisty. Szanujmy cudzą własność i prawo. Więcej na Polska Izba Książki

7 SPIS TREŚCI 5 Przedmowa Procesy obróbki skrawaniem 1.1. Ogólna charakterystyka procesów skrawania Narzędzia skrawające Zasady ustawiania przedmiotów obrabianych Wprowadzenie do metrologii warsztatowej Zapamiętaj Sprawdź swoją wiedzę Literatura Zasady konstrukcji obrabiarek skrawających 2.1. Struktura obrabiarek skrawających Układy kształtowania obrabiarek skrawających Układy napędowe obrabiarek skrawających Układy sterowania obrabiarek skrawających Układy smarowania i chłodzenia obrabiarek skrawających Elementy konstrukcyjne obrabiarek skrawających Materiały stosowane w budowie obrabiarek skrawających Zapamiętaj Sprawdź swoją wiedzę Literatura Tokarki 3.1. Wiadomości wprowadzające Tokarki kłowe Tokarki uchwytowe Tokarki rewolwerowe Tokarki tarczowe Tokarki karuzelowe Automaty i półautomaty tokarskie Tokarki specjalizowane Zapamiętaj Sprawdź swoją wiedzę Literatura Frezarki 4.1. Wiadomości wprowadzające Frezarki wspornikowe Frezarki bezwspornikowe Inne rodzaje frezarek Podstawowe wyposażenie freezarek Zapamiętaj Sprawdź swoją wiedzę Literatura

8 6 SPIS TREŚCI 5. Strugarki i przeciągarki 5.1. Wiadomości wprowadzające Strugarki poprzeczne Strugarki wzdłużne Dłutownice Przeciągarki Zapamiętaj Sprawdź swoją wiedzę Literatura Wiertarki 6.1. Wiadomości wprowadzające Wiertarki ogólnego przeznaczenia Wiertarki specjalizowane Zapamiętaj Sprawdź swoją wiedzę Literatura Obrabiarki do obróbki ściernej 7.1. Wiadomości wprowadzające Szlifierki do wałków Szlifierki do otworów Szlifierki do płaszczyzn Szlifierki ostrzarki Obrabiarki do obróbki ściernej wykańczającej Zapamiętaj Sprawdź swoją wiedzę Literatura Systemy obróbkowe 8.1. Obrabiarki zespołowe Linie obrabiarkowe i centra obróbkowe Zapamiętaj Sprawdź swoją wiedzę Literatura Wykaz podstawowych pojęć w językach polskim, angielskim i niemieckim

9 1.4. WPROWADZENIE DO METROLOGII WARSZTATOWEJ Wprowadzenie do metrologii warsztatowej W TYM ROZDZIALE DOWIESZ SIĘ: co to jest metrologia warsztatowa jakie są metody wykonywania pomiarów dlaczego wynik każdego pomiaru jest obarczony błędem na czym polega tolerowanie wymiarów, położenia, kształtu co to jest chropowatość powierzchni Podstawowe pojęcia metrologii warsztatowej Pomiar jest to doświadczalne wyznaczanie wartości wielkości mierzonej i polega na określeniu, ile razy wartość wielkości mierzonej jest większa (lub mniejsza) od jednostki miary tej wielkości. Wielkość mierzalna jest to cecha zjawiska lub ciała, którą można rozróżnić jakościowo i określić ilościowo, np. długość, czas, masa, siła, ciśnienie, prędkość. Wielkość mierzona jest to określona wielkość fizyczna podlegająca pomiarowi. Wartość wielkości jest połączeniem liczby oraz jednostki miary. Liczba wskazuje, ile razy mierzona wielkość jest większa od jednostki miary, np. 2 [m], 4 [s], 10 [N], 100 [Pa]. Jednostki miary (metr, sekunda, niuton, paskal) zapisano tu w nawiasie kwadratowym, aby podkreślić, że są to jednostki miary. W praktyce podczas zapisywania wartości wielkości mierzonej nawiasy pomija się. Jednostką miary jest wartość wielkości umownie przyjęta i określona jako równa jedności, np. 1 kg, 1 m itd. Pomiarów warsztatowych dokonuje się w celu sprawdzenia prawidłowości wykonania przedmiotu obrabianego zgodnie z rysunkiem technicznym określenia zgodności wartości parametrów wykonanego przedmiotu z wartościami tych parametrów zapisanymi na rysunku technicznym przedmiotu. Parametrami tymi są: wymiary gabarytowe, długości poszczególnych krawędzi, odległości między krawędziami, osiami, punktami geometrycznymi, średnice kształtów walcowych zewnętrznych i otworów, promienie zaokrągleń, kąty zawarte między krawędziami oraz powierzchniami, chropowatość powierzchni, kształt powierzchni. Dziedzina wiedzy obejmująca zagadnienia związane z wykonywaniem pomiarów nazywa się metrologią. W przypadku pomiarów długości i kąta stosuje się nazwę metrologia warsztatowa (lub miernictwo warsztatowe, pomiary warsztatowe).

10 8 1. PROCESY OBRÓBKI SKRAWANIEM Jednostki miary są ujęte w dokumencie zwanym Układ SI (Système International d Unités). W układzie SI określono siedem jednostek podstawowych i dwie jednostki uzupełniające (tabela 1.1). Tabela 1.1. Jednostki podstawowe i uzupełniające w układzie SI Wielkości podstawowe nazwa Jednostka miary oznaczenie Długość metr m Masa kilogram kg Czas sekunda s Prąd elektryczny amper A Temperatura kelwin K Liczebność materii mol mol Światłość kandela cd Wielkości uzupełniające nazwa oznaczenie Kąt płaski radian rad Kąt bryłowy steradian sr W miernictwie warsztatowym ze względów praktycznych dopuszcza się do stosowania jednostki: długości milimetr [mm]; kąta płaskiego stopień [ ], minuta kątowa [ ], sekunda kątowa [ ], temperatura stopień Celsjusza [ C]. Metoda pomiarowa jest to sposób porównania wartości wielkości mierzonej z jednostką miary. Klasyfikacja metod pomiarowych jest przedstawiona na rysunku METODA POMIAROWA Bezpośrednia Bezpośredniego porównania Różnicowa Wychyleniowa Różnicowa wychyleniowa Koincydencyjna Zerowa Pośrednia Rys Klasyfikacja metod pomiarowych

11 1.4. WPROWADZENIE DO METROLOGII WARSZTATOWEJ 9 Metoda pomiarowa bezpośrednia wartość wielkości mierzonej jest otrzymywana wprost z odczytu miernika wyskalowanego w jednostkach miary wielkości mierzonej (np. z odczytania wskazania przyrządu pomiarowego). Metoda pomiarowa pośrednia wartość wielkości mierzonej jest określana na podstawie zależności wiążącej ją z innymi wielkościami, których wartości zostały zmierzone bezpośrednio (np. wyznaczanie pola powierzchni prostokąta na podstawie pomiaru długości boków). Metoda bezpośredniego porównywania występuje wówczas, gdy wartość wielkości mierzonej jest porównywana ze znaną wartością tej samej wielkości, która w postaci wzorca wchodzi bezpośrednio do wyniku pomiaru (np. pomiar długości przymiarem kreskowym). Metoda różnicowa polega na pomiarze różnicy między wartością wielkości mierzonej a znaną wartością tej wielkości (np. pomiar średnicy średnicówką czujnikową). Metoda wychyleniowa określenie wartości wielkości mierzonej poprzez określenia wychylenia przyrządu wskazującego (np. odczytywanie wskazań mierników wychyleniowych). Metoda różnicowa wychyleniowa pomiar małej różnicy między wartością wielkości mierzonej a znaną wartością tej wielkości za pomocą czujnika wychyleniowego. Metoda koincydencyjna polega na odczytaniu różnicy między znanym i zmierzonym wymiarem na podstawie zgodności (koincydencji) wskazów podziałki głównej przyrządu i podziałki noniusza (np. pomiar przy pomocy suwmiarek). Metoda zerowa polega na sprowadzeniu do zera różnicy między wartością wielkości mierzonej a znaną wartością tej wielkości. Pomiary są wykonywane z określoną dokładnością spowodowane jest to błędami towarzyszącymi procesowi wykonywania pomiaru. Błędem pomiaru nazywa się niezgodność wyniku pomiaru z wartością rzeczywistą różnica między wartością zmierzoną a wartością rzeczywistą określonej wielkości. Wynik każdego pomiaru jest obarczony błędem. Główne źródła błędów pomiarowych podczas wykonywania pomiarów warsztatowych zostały przedstawione na rysunku ŹRÓDŁA BŁĘDÓW POMIAROWYCH metoda pomiaru obserwacja wyniku pomiaru narzędzie pomiarowe wielkość mierzona Rys Źródła błędów pomiarowych obliczenia

12 10 1. PROCESY OBRÓBKI SKRAWANIEM Wynikiem wykonania pomiaru wielkości o wartości rzeczywistej A r jest wartość zmierzona A z. Wartość zmierzona nie jest równa wartości rzeczywistej, ponieważ każdy pomiar jest obarczony błędem. Różnica pomiędzy wartością zmierzoną a wartością rzeczywistą nazywa się błędem pomiaru. Poniżej została przedstawiona charakterystyka podstawowych błędów związanych z wykonywaniem pomiarów. W zależności od sposobu obliczania wartości błędów rozróżnia się błędy: bezwzględne, względne. W zależności od prawdopodobieństwa pojawienia się błędów rozróżnia się błędy: systematyczne, przypadkowe, nadmierne. Błędem bezwzględnym e b jest różnica algebraiczna wartości rzeczywistej A r i wartości zmierzonej A z e b = A r A z Błąd względny e w jest wyrażony wzorem e w = e b /A r Błędy systematyczne błędy, których wartości podczas wykonywania pomiarów tej samej wartości wielkości mierzonej i w tych samych warunkach są stałe. Wpływ błędu systematycznego na wynik pomiaru można wyeliminować poprzez dodanie (lub odjęcie) odpowiedniej poprawki. Istnieją odpowiednie procedury pozwalające określić wartość poprawki. Wartości błędów przypadkowych nie można przewidzieć i określić. Można tylko z pewnym prawdopodobieństwem określić granice ich zmienności. Błędy te występują w różnym nasileniu i wynikają z przyczyn trudnych do ścisłego określenia, takich jak: niedoskonałość przyrządu pomiarowego lub wzroku osoby wykonującej pomiar, zmienne warunki (atmosferyczne czy oświetleniowe) podczas wykonywania pomiaru. Błędy nadmierne (zwane grubymi) wynikają z nieprawidłowego przeprowadzenia pomiaru i niewłaściwego odczytu wyniku pomiaru, mogą być związane z niedyspozycją lub nieuwagą osoby przeprowadzającej pomiar. Tolerancje wymiarów Rezultatem procesu wytwarzania jest przedmiot o określonych wymiarach, który powinien współpracować z innymi elementami zmontowanymi w podzespół, zespół lub urządzenie. Wymiary (parametry) wytwarzanych przedmiotów są zapisane na rysunku wykonawczym. W rzeczywistości nie da się uzyskać wymiarów zgodnych z wymiarami założonymi (oczekiwanymi), będzie istniała różnica między tymi wymiarami. W praktyce dopuszcza się występowanie tych różnic przez określenie odchyłek wymiarów rzeczywistych otrzymywanych w wyniku procesu wytwarzania od wymiarów oczekiwanych (idealnych) zwanych wymiarami nominalnymi. Stosuje się tzw. tolerowanie wymiarów. Tolerowanie wymiarów polega na określeniu dwóch wymiarów granicznych: dolnego A i górnego B między którymi powinien zawierać się wymiar poprawnie wykonanego przedmiotu (rys. 1.21). Wymiar graniczny dolny A najmniejszy dopuszczalny wymiar elementu. Wymiar graniczny górny B największy dopuszczalny wymiar elementu.

13 1.4. WPROWADZENIE DO METROLOGII WARSZTATOWEJ 11 Tolerancja T jest różnicą między górnym wymiarem granicznym a dolnym wymiarem granicznym. Wartość tolerancji jest zawsze większa od zera (jest zawsze dodatnia). T = B A a) b) Rys Zasada tolerowania wymiarów: a) zewnętrznych, b) wewnętrznych Rys Przedstawienie wymiaru zewnętrznego i wewnętrznego Wymiar zewnętrzny Z odległość elementów powierzchni, między którymi ich bezpośrednie otoczenie jest wypełnione materiałem (wymiar obejmuje materiał) (rys. 1.22). Wymiar wewnętrzny W odległość elementów powierzchni, na zewnątrz których ich bezpośrednie otoczenie jest wypełnione materiałem (materiał obejmuje wymiar) (rys. 1.22). Odchyłką graniczną górną nazywa się algebraiczną różnicę między górnym wymiarem granicznym B i wymiarem nominalnym N (stosowane oznaczenia: ES dla wymiaru wewnętrznego, es dla wymiaru zewnętrznego). ES = B N es = B N Odchyłką graniczną dolną nazywa się różnicę między dolnym wymiarem granicznym A i wymiarem nominalnym (EI dla wymiaru wewnętrznego, ei dla wymiaru zewnętrznego). EI = A N ei = A N

14 12 1. PROCESY OBRÓBKI SKRAWANIEM Odchyłki graniczne mogą przyjmować wartości dodatnie lub ujemne. Zachodzą zawsze związki: A w = N + ei; B w = N + es; T = es ei (dla wymiarów zewnętrznych, elementu typy wałek ), A o = N + EI; B o =N + ES; T = ES EI (dla wymiarów wewnętrznych, elementu typu otwór ). Powszechnie stosowanym systemem zapisu wymiarów tolerowanych jest zapis przez podanie wartości liczbowych odchyłek, np , , Ze względu na położenie pola tolerancji (przedziału zmian wartości tolerancji) wyróżnia się następujące rodzaje tolerowania: a) tolerowanie symetryczne obie odchyłki mają jednakową wartość i różne znaki, np , , b) tolerowanie asymetryczne jedna z odchyłek ma wartość równą zero, np , c) tolerowanie asymetryczne dwustronne dwie odchyłki o różnych znakach i wartościach, np, + 005, , d) tolerowanie asymetryczne jednostronne dwie odchyłki o jednakowym znaku, np. 003, , Tolerowanie wymiarów może odbywać się zgodnie z dwoma zasadami: tolerowanie normalne tolerowanie wymiarów przez dobranie odpowiednich odchyłek według normy PN-EN :1996 (norma wycofana w 2010 r. i zastąpiona przez PN-EN ISO 286-2:2010), tolerowanie swobodne odchyłki są dobierane według uznania konstruktora, przy tolerowaniu swobodnym należy tolerować w głąb materiału tzn. wymiary zewnętrzne powinny mieć ujemne wartości odchyłek, a wymiary wewnętrzne dodatnie. Wymiary tolerowane można zapisywać następująco (rys. 1.23): a) za pomocą odchyłek (tolerowanie liczbowe), b) symbolicznie (tolerowanie symboliczne), c) sposobem mieszanym (tolerowanie mieszane). a) b) c) Rys Przykłady zapisu wymiarów tolerowanych: a) liczbowe, b) symboliczne, c) mieszane.

15 1.4. WPROWADZENIE DO METROLOGII WARSZTATOWEJ 13 Na rysunku 1.24 przedstawiono przykład zapisu wymiaru tolerowanego. Rys Objaśnienie znaków w zapisie wymiaru tolerowanego Położenia pól tolerancji zostały oznaczone literami od a, A do z, Z. Litery małe oznaczają położenie pól tolerancji wałka, a litery duże położenie pól tolerancji otworu względem linii zerowej. Linię zerową wyznaczają wymiary nominalne. Wałki i otwory o tolerancji H (h) są nazywane podstawowymi, mają odchyłki tylko o wartości ujemnej (rys. 1.25). Rys Położenie pól tolerancji wałków i otworów w zależności od rodzaju tolerancji Wyróżniono 20 klas dokładności tolerancji (wykonania) od IT01 do IT18. Dla każdej klasy jest określona wartość tolerancji. Klasy IT0, IT01, IT1 IT5 są najdokładniejsze, klasy od IT6 do IT12 są średnio dokładne, klasy od IT13 do IT18 mało dokładne. Uzyskiwane klasy dokładności w różnych rodzajach obróbki przedstawiono w tab Wartości liczbowe tolerancji dla poszczególnych klas dokładności dla wymiarów do 500 mm podano w tabeli 1.2.

16 14 1. PROCESY OBRÓBKI SKRAWANIEM Tabela 1.2. Wartości liczbowe tolerancji w μm dla wymiarów do 500 mm (wg PN-EN :1996 norma zastąpiona przez PN-EN ISO 286-1:2011) Przedział wymiarów nominalnych Klasa dokładności powyżej do mm ,3 0,5 0,8 1, ,4 0,6 1 1,5 2, ,4 0,6 1 1,5 2, ,5 0,8 1, ,6 1 1,5 2, ,6 1 1,5 2, ,8 1, ,5 2, ,2 2 3, , , Współczynnik k klasy dokładności 2,7 3, Wartości liczbowe tolerancji IT klas dokładności 11, 12 itd. otrzymano w wyniku pomnożenia przez 10 tolerancji IT odpowiednio klas 6, 7 itd. (wyjątek stanowi wartość 7,5 zaokrąglona do 8 dla klasy 6 w przedziale wymiarów nominalnych od 3 do 6 mm). 2. Dla wymiarów do 1 mm nie przewiduje się dokładności od 14 do 18.

17 1.4. WPROWADZENIE DO METROLOGII WARSZTATOWEJ 15 Tabela 1.3. Klasa dokładności wymiarów elementów poddanych obróbce skrawaniem Rodzaj obróbki wiercenie rozwiercanie toczenie frezowanie obwodowe frezowanie czołowe szlifowanie polerowanie docieranie dogładzanie Klasa dokładności IT11, IT12 IT6 do IT10 IT6 do IT9 IT10 do IT12 IT8 do IT10 IT5 do IT7 IT4 i niżej IT4 i niżej IT3 i niżej Pasowania Połączenie dwóch elementów typu wałek oraz typu otwór o jednakowym wymiarze nominalnym i określonych odchyłkach jest nazywane pasowaniem. Wielkościami charakteryzującymi pasowania są: luz minimalny: L min = A o B w, L min = EI es luz maksymalny: L max = B o A w, L max = ES ei luz średni: L śr = (L min + L max )/2 Pasowania otworów z wałkami uzyskuje się przez zastosowanie zasady stałego otworu lub stałego wałka (rys. 1.26). Zasada stałego otworu polega na tym, że średnice otworu toleruje się zawsze asymetrycznie w głąb materiału (EI = 0), a żądane pasowanie uzyskuje się, dobierając odpowiednie pole tolerancji dla wałka. Zasada stałego wałka polega na tym, że średnice wałka toleruje się zawsze asymetrycznie w głąb materiału (es = 0), a żądane pasowanie uzyskuje się, dobierając odpowiednie pole tolerancji otworu. a) b) Rys Rodzaje pasowań: a) dla stałego wałka, b) dla stałego otworu Rozróżnia się: pasowanie luźne, w którym zawsze występuje luz, a więc części łączone mogą się przemieszczać względem siebie,

18 16 1. PROCESY OBRÓBKI SKRAWANIEM pasowanie mieszane, w których w zależności od rzeczywistych odchyłek może występować niewielki luz lub niewielki wcisk (luz ujemny), pasowanie ciasne, w których zawsze występuje wcisk, części złączne nie mogą przemieszczać się wzajemnie po ich połączeniu. W przypadku pasowania luźnego luz minimalny i maksymalny przyjmują wartości większe od zera (L min, L max > 0), dla pasowania mieszanego L min < 0, L max > 0 natomiast dla pasowania ciasnego luz minimalny i maksymalny przyjmują wartości mniejsze od zera (L min, L max < 0). Przykład zapisu pasowania przedstawiono na rysunku Rys Zasada zapisu pasowań Właściwości oraz przykłady zastosowania pasowań zamieszczono w tabeli 1.4. Tabela 1.4. Właściwości i zastosowanie pasowań Symbol pasowania U8/h7 H8/s7 S7/h6 H7/r6 R7/h6 H7/n6 N7/h6 H7/m6 M7/h6 H7/j6 J7/h6 Właściwości połączenia Części są mocno połączone z dużym wciskiem. ich montaż wymaga dużych nacisków lub nagrzewania albo oziębiania części w celu uzyskania połączenia skurczowego. Połączenie jest trwałe, nawet w przypadku dużych sił, i nie wymaga dodatkowych zabezpieczeń Montaż części oraz ich rozdzielenie wymaga dużego nacisku. Ponieważ może wystąpić luz, części należy zabezpieczyć przed przemieszczeniem Części są mocno osadzone. Łączenie i rozłączanie jest wykonywane przez mocne uderzenia ręcznym młotkiem. Części należy zabezpieczyć przed przemieszczeniem Montaż części wymaga lekkich uderzeń młotka lub nawet można go wykonać ręką. Pasowanie przeznaczone dla części o częstym montażu i demontażu. Konieczne jest zabezpieczenie łączonych części przed przemieszczeniem Zastosowanie Łączenie z wałami kół zębatych, tarcz sprzęgieł, wieńców kół z tarczami, tulei z piastami itp. Tuleje łożyskowe w narzędziach, wieńce kół z kołami, dźwignie i korby na wałach, tuleje w korpusach maszyn, koła i sprzęgła na wałach Wewnętrzne pierścienie łożysk tocznych, koła pasowe, koła zębate, tuleje, dźwignie, osadzane na wałach, korby, sworznie tłokowe, sworznie łączące, kołki ustalające itp. Zewnętrzne pierścienie łożysk tocznych osadzane w osłonach, koła zębate wymienne i koła pasowe na wałach, często wymieniane tuleje łożyskowe, panewki itp.

19 1.4. WPROWADZENIE DO METROLOGII WARSZTATOWEJ 17 Symbol pasowania H7/h6 H8/h9 H9/h8 H11/d9 H11/d11 D11/h11 Właściwości połączenia Części po nasmarowaniu można ręcznie przesuwać względem siebie. Pasowanie nadaje się do tych połączeń, które powinny umożliwiać wolne przesuwanie części względem siebie Części dają się łatwo łączyć i można je bez wysiłku przesuwać Połączenia wykazują duże luzy, części mają duże tolerancje wykonawcze Zastosowanie Zewnętrzne pierścienie łożysk tocznych, pierścienie uszczelniające, prowadzenia różnego rodzaju, łożyska ślizgowe z bardzo małym luzem, narzędzia na trzpieniach itp. Pierścienie ustalające, elementy konstrukcyjne, które wymagają przesuwania względem innych elementów, łożyska ślizgowe itp. Połączenia nitów z otworami, części z niedostatecznym smarowaniem, koła pasowe luźno osadzone na wałach itp. Chropowatość W wyniku przeprowadzenia procesu obróbki przedmiotu jego powierzchnia nie odpowiada w pełni parametrom zawartym na rysunku wykonawczym. Charakteryzuje się chropowatością i falistością (rys. 1.28). Chropowatość powierzchni jest zbiorem bardzo drobnych wzniesień i zagłębień (mikronierówności) występujących na tej powierzchni. Chropowatość powierzchni jest związana z rodzajem obróbki powierzchni przedmiotów. Falistość jest błędem wynikającym z niedoskonałości maszyn obróbczych (np. występowanie wibracji podczas obróbki). Podstawowe parametry chropowatości powierzchni są podane w normie PN-M-04251:1987 (wycofana w 2012), a oznaczenia chropowatości w PN-EN ISO 1302:2004. Rys Falistość i chropowatość powierzchni obrobionej Wielkość chropowatości powierzchni zależy od rodzaju materiału i przede wszystkim od rodzaju jego obróbki. Do określania chropowatości jest stosowany najczęściej parametr R a średnie artymetyczne odchylenie profilu chropowatości od linii średniej. R a 1 = n gdzie: y i odchylenie i-tego punktu profilu, n liczba punktów podziału odcinka elementarnego (rys. 1.29). n i= 1 y i

20 18 1. PROCESY OBRÓBKI SKRAWANIEM Rys Reprezentacja graficzna parametru R a Drugim parametrem wykorzystywanym do określania chropowatości powierzchni jest R z wysokość chropowatości według dziesięciu punktów profilu. Parametr R z jest średnią arytmetyczną wysokości pięciu najwyższych wzniesień ponad linię średnią (W1 do W5) pomniejszoną o średnią arytmetyczną pięciu najniższych wgłębień poniżej linii średniej (D1 do D5) (rys. 1.30). Rys Reprezentacja graficzna parametru R z W W W W W D D D D D Rz = Chropowatość jest mierzona specjalnymi urządzeniami pomiarowymi zwanymi profilometrami. Większość z produkowanych obecnie urządzeń jest w stanie zmierzyć obydwa parametry (R a oraz R z ). Polska Norma wyróżnia 14 klas chropowatości powierzchni. Każdej z nich odpowiada zakres chropowatości R a lub R z. Charakterystyczne parametry chropowatości oraz rodzaje obróbki umożliwiające uzyskanie określonej klasy chropowatości zamieszczono w tabeli 1.5. Tabela 1.5. Charakterystyczne parametry klas chropowatości Klasa dokładności Klasa chropowatości R a R z Rodzaj obróbki zgrubna obróbka skrawaniem zgrubna obróbka skrawaniem dokładna obróbka skrawaniem dokładna obróbka skrawaniem wykańczająca obróbka skrawaniem 9 6 2,5 10 wykańczająca obróbka skrawaniem

21 1.4. WPROWADZENIE DO METROLOGII WARSZTATOWEJ 19 Klasa dokładności Klasa chropowatości R a R z Rodzaj obróbki szlifowanie zgrubne szlifowanie zgrubne szlifowanie wykańczające docieranie docieranie pastą diamentową gładzenie polerowanie polerowanie Na rysunkach wykonawczych elementów maszyn, urządzeń i narzędzi jest podawana informacja o chropowatości określonych powierzchni elementów. Oznaczenie chropowatości powierzchni podaje się na rysunku tylko wtedy, gdy jest to niezbędne do uzyskania wymaganej struktury geometrycznej powierzchni i tylko dla tych powierzchni, dla których jest to konieczne. Do oznaczania chropowatości na rysunkach stosuje się odpowiednie symbole przedstawione w tabeli 1.6. Tabela 1.6. Symbole graficzne geometrycznej struktury powierzchni Symbol graficzny Kod literowy Objaśnienie symbol podstawowy nie określa żadnego wymagania dotyczącego sposobu wykonania rozważanej powierzchni MMR symbol rozszerzony wymagane usunięcie materiału NMR niedopuszczalne usunięcie materiału APA dopuszczalny każdy sposób wykonania dotyczy wszystkich powierzchni wokół zarysu przedmiotu Każdy rodzaj obróbki pozostawia na powierzchni przedmiotu poddanego obróbce charakterystyczne ślady tzw. kierunkowość struktury powierzchni. W Polskich Normach określono siedem rodzajów kierunkowości struktury powierzchni: równoległa, prostopadła, współśrodkowa, skrzyżowana, nieuporządkowana, promieniowa, punktowa. Przykłady oznaczeń kierunkowości powierzchni przedstawiono w tabeli 1.7 (s. 44).

22 20 1. PROCESY OBRÓBKI SKRAWANIEM Tabela 1.7. Oznaczenia graficzne kierunkowości struktury powierzchni (wg EN-ISO1302:2002) Symbol graficzny Interpretacja i przykład Nierówności powierzchni równoległe do widoku płaszczyzny rzutowania, do której stosuje się symbol Nierówności powierzchni prostopadłe do widoku płaszczyzny rzutowania, do której stosuje się symbol Nierówności powierzchni skrzyżowane w dwóch ukośnych kierunkach do widoku płaszczyzny rzutowania, do której stosuje się symbol Nierówności powierzchni wielokierunkowe Nierówności powierzchni, w przybliżeniu, współśrodkowe względem środka powierzchni, do której stosuje się symbol Nierówności powierzchni, w przybliżeniu, promieniowe względem środka powierzchni, do której stosuje się symbol Nierówności powierzchni szczególne, bez określonego kierunku, lub punktowe Jeśli jest konieczne sprecyzowanie obrazu powierzchni, której nie da się jasno określić niniejszymi symbolami, to należy ją doprecyzować przez dodanie odpowiedniej uwagi do rysunku.

23 1.4. WPROWADZENIE DO METROLOGII WARSZTATOWEJ 21 Wymagania dotyczące informacji o geometrycznej strukturze powierzchni zawarto w tabeli 1.8. Tabela 1.8. Wymagania dodatkowe symboli graficznych geometrycznej struktury powierzchni Wymagania dodatkowe a symbol górnej granicy wymagania; dla wymagań jednostronnych jest to U, a dla wymagań dwustronnych są to U i L (umieszczone pionowo jeden nad drugim) dotyczą górnej i dolnej granicy wymagań określonego parametru, jeżeli w polu b podaje się wymagania dla innego parametru typ filtra, np. krótkofalowy s, długofalowy c ( c = r w mm) pasmowy, określony przez pasmo przenoszenia s c długość odcinka pomiarowego w mm (/ / brak cyfry między kreskami oznacza odcinek znormalizowany) rodzaj parametru GSP, liczba odcinków elementarnych, na których parametr ten ma być mierzony (jeżeli liczba ta jest różna od 5), rodzaj zasady, wg której mają być oceniane wyniki (jeżeli w oznaczeniu parametru występuje max, to stosuje się zasadę maksimum, brak symbolu max oznacza ocenę wg zasady 16%) oraz wartość parametru w μm rodzaj profilu, który wynika jednoznacznie z symbolu parametru (R profil chropowatości, W profil falistości) UWAGA: Podaje się najmniejszą liczbę oznaczeń, które umożliwiają jednoznaczne określenie wymagań dodatkowych. b informacje dodatkowe dotyczące wymagań parametrów GSP, które nie są zawarte w polu a; jeżeli wymagania dwustronne są określone tylko dla jednego parametru GSP, to w polu b podaje się wymagania dodatkowe dla jego dolnej granicy; natomiast gdy określa się jednostronne wymagania danego parametru GSP (górnej granicy), pole b jest puste c wymagany rodzaj obróbki powierzchni (szlifować, docierać) informacje o tworzonych lub nakładanych powłokach (anodować) rodzaj obróbki cieplnej lub cieplno-chemicznej (hartować) d symbole kierunkowości struktury powierzchni (tabela 4.2) e naddatek materiału w mm Przykład oznaczenia struktury powierzchni podano na rys. 1.31, natomiast przykład oznaczania chropowatości na rysunkach przedstawiono na rys (s. 46). Rys Przykład oznaczenia struktury powierzchni

24 22 1. PROCESY OBRÓBKI SKRAWANIEM Rys Oznaczanie chropowatości na rysunkach [EN-ISO 1302:2002] Tolerancje kształtu i położenia Krawędzie i powierzchnie elementów maszyn zaprojektowane przez konstruktorów i przedstawione w formie rysunku są uznawane za idealne (idealnie płaskie, idealnie proste itd.). W rzeczywistości krawędzie i powierzchnie elementów wykonanych odbiegają od kształtu idealnego. Dlatego w celu scharakteryzowania kształtu elementów maszyn, urządzeń i narzędzi określa się odchyłki kształtu i położenia. Odchyłki kształtu i położenia ustala się względem idealnych odpowiedników powierzchni lub linii, tzw. prostej przylegającej, okręgu przylegającego, płaszczyzny przylegającej (rys. 1.33). a) b) c) d) e) Rys Odchyłki położenia: a) równoległości płaszczyzn, b) prostopadłości, c) współosiowości, d) asymetrii, e) przecinania się osi

25 1.4. WPROWADZENIE DO METROLOGII WARSZTATOWEJ 23 Sposób określania odchyłek bicia przedstawiono na rysunku a) b) c) d) e) Rys Odchyłki bicia: a) osiowego na dowolnym promieniu, b) osiowego całkowitego, c) osiowego w wyznaczonym kierunku, d) promieniowego w dowolnym przekroju, e) promieniowego całkowitego (1 oś odniesienia, 2 wyznaczony kierunek) W celu oznaczenia tolerancji kształtu i położenia na rysunkach przedmiotów stosuje się system znaków przedstawiony poniżej (rys. 1.35). Rys Znaki tolerancji kształtu i położenia stosowane na rysunkach wg PN-EN ISO 1101:2006

26 24 1. PROCESY OBRÓBKI SKRAWANIEM Przykłady oznaczania odchyłek kształtu i położenia na rysunkach przedstawiono na rysunku a) b) c) d) Rys Przykłady oznaczania odchyłek kształtu i położenia na rysunkach: a) odchyłka okrągłości zarysu rzeczywistego powierzchni walcowych a i b nie może przekroczyć 0,02 i 0,03 mm w dowolnym przekroju prostopadłym do osi, na całej długości każdej z powierzchni (zarys powierzchni w dowolnym przekroju musi się znaleźć między dwoma współśrodkowymi okręgami, odległymi od siebie o wartość tolerancji), b) odchyłka równoległości osi otworu D1 względem osi otworu D nie może przekroczyć w żadnym kierunku 0,1 mm (oś otworu D1 musi znaleźć się wewnątrz walca o średnicy 0,1 mm i o osi równoległej do osi otworu D), c) odchyłka prostopadłości osi otworu względem bazy B nie może przekroczyć 0,04 mm w żadnym kierunku i na całej długości otworu (oś rzeczywistego otworu musi się znaleźć wewnątrz walca o promieniu 0,02 mm, którego oś jest prostopadła do płaszczyzny B), d) odchyłka współosiowości otworu I względem otworu II (bazy) nie może przekroczyć 0,04 mm na długości l (oś rzeczywistego otworu I musi się znaleźć wewnątrz walca o średnicy 0,04 mm, współosiowego z otworem II) PYTANIA I POLECENIA 1. Wyjaśnij, na czym polega pomiar. 2. Wymień jednostki podstawowe układu SI (Système International d Unités). 3. Określ błąd systematyczny pomiaru. 4. Scharakteryzuj źródła błędów pomiarowych. 5. Wyjaśnij cel tolerowania wymiarów. 6. Określ pojęcie tolerancja wymiarów. 7. Na czym polega tolerowanie normalne? 8. Ile klas dokładności tolerancji wyróżnia PN i czym się one między sobą różnią? 9. Na czym polega pasowanie na zasadzie stałego wałka? 10. Wyjaśnij różnicę między chropowatością a falistością powierzchni.

27 2.1. STRUKTURA OBRABIAREK SKRAWAJĄCYCH Struktura obrabiarek skrawających W TYM ROZDZIALE DOWIESZ SIĘ: co to jest obrabiarka jak przebiega proces kształtowania przedmiotów obrabianych za pomocą obrabiarek skrawających jaka jest ogólna budowa obrabiarek skrawających w jakim celu ustawia się narzędzie skrawające na obrabiarce Charakterystyka procesu roboczego obrabiarki W celu spełnienia podstawowego warunku wykonania procesu skrawania, czyli zagwarantowania wzajemnego położenia i możliwości przemieszczania się przedmiotu obrabianego i narzędzia skrawającego stosuje się urządzenia nazywane obrabiarkami skrawającymi. Obrabiarki skrawające umożliwiają ustawienie przedmiotów obrabianych i narzędzi skrawających oraz sprzężenie ruchów przez nie wykonywanych i realizację procesu skrawania. Proces roboczy obrabiarki, polegający na nadawaniu żądanej postaci geometrycznej przedmiotów obrabianych, jest nazywany procesem kształtowania. W procesie kształtowania zawsze biorą udział narzędzie skrawające i przedmiot obrabiany, które tworzą tzw. technologiczną parę roboczą. Styk narzędzia skrawającego z powierzchnią przedmiotu obrabianego może być: liniowy w przypadku zastosowania narzędzia kształtowego, punktowy w przypadku zastosowania narzędzia punktowego, wierzchołkowego, punktowy zmienny w przypadku zastosowania narzędzi obwiedniowych. a) b) c) Rys Sposób kształtowania powierzchni za pomocą narzędzi: a) kształtowego, b) punktowego, c) obwiedniowego W ruch obrotowy, P przemieszczanie narzędzia, L linia styku narzędzia z przedmiotem obrabianym, M punkt styku narzędzia z przedmiotem obrabianym, N narzędzie, PO przedmiot obrabiany

28 26 2. ZASADY KONSTRUKCJI OBRABIAREK SKRAWAJĄCYCH Na rysunku 2.1 przedstawiono sposób kształtowania powierzchni o tym samym kształcie przez różne rodzaje narzędzi. Ruch narzędzia względem obrabianego przedmiotu w celu uzyskania odpowiedniego kształtu powierzchni jest nazywany ruchem kształtowania. Przyjmuje się, że powierzchnia kształtowana jest zbiorem linii pokrywających się z torem przemieszczenia punktów (lub punktu) krawędzi skrawającej narzędzia. Rozmieszczenie tych linii dla podstawowych przypadków kształtowania przedstawiono na rysunku 2.2. a) b) c) Rys Rozmieszczenie śladów toru przemieszczenia punktów (lub punktu) krawędzi skrawającej narzędzia po powierzchni przedmiotu obrabianego dla przypadków kształtowania powierzchni płaskiej i powierzchni walcowej: a) narzędziem kształtowym, b) narzędziem punktowym, c) narzędziem obwiedniowym p posuw, P, P 1, P 2 przesunięcia narzędzia, W, W r ruchy obrotowe Powierzchnię kształtową można jednoznacznie określić za pomocą dwóch linii charakterystycznych położonych na tej powierzchni (linii charakterystycznej I oraz linii charakterystycznej II). Linie te mogą mieć kształt niezmienny (linie stałe) lub zmienny (linie zmienne). Na rysunku 2.3 (s. 54) przedstawiono przykłady powierzchni, określonych liniami charakterystycznymi. Linią charakterystyczną I jest linia wynikająca ze styku krawędzi skrawającej z kształtowaną powierzchnią. W przypadku narzędzia kształtowego krawędź skrawająca pokrywa się z linią charakterystyczną I. W przypadku narzędzia punktowego z linią charakterystyczną I pokrywa się tor przemieszczania wierzchołka krawędzi skrawającej. W przypadku narzędzia obwiedniowego z linią charakterystyczną I pokrywają się kolejne punkty styku narzędzia z powierzchnią kształtowaną. Linia charakterystyczna II wynika ze sposobu przebiegu procesu skrawania. Linia ta powstaje jako: ślad obróbki ciągły właściwy dla narzędzi skrawających typu nóż, ślad obróbki punktowy powstający w wyniku ruchu punktów krawędzi skrawających wokół osi obrotu narzędzia podczas przemieszczania się osi obrotu po torze zgodnym z kształtem linii charakterystycznej II.

29 2.1. STRUKTURA OBRABIAREK SKRAWAJĄCYCH 27 a) b) c) d) e) f) Rys Przykłady powierzchni określonych przez linie charakterystyczne: a), b), c) dwie stałe, d), e) stałą i zmienną, f ) dwie zmienne Opisane przypadki są przedstawione na rysunku 2.4. a) b) c) d) e) Rys Sposób identyfikacji linii charakterystycznych: a), b), c) linii charakterystycznej I, d), e) linii charakterystycznej II PO przedmiot obrabiany, N narzędzie Ruchy kształtowania mogą być proste lub złożone. Prostymi ruchami kształtowania są ruchy kołowe oraz prostoliniowe wykonywane względem siebie przez przedmiot obrabiany i narzędzie skrawające. Większość przedmiotów wytwarzanych metodą obróbki skrawaniem jest kształtowana z wykorzystaniem ruchów prostych. Przykładem mogą

30 28 2. ZASADY KONSTRUKCJI OBRABIAREK SKRAWAJĄCYCH być następujące sposoby obróbki: toczenie, frezowanie, wiercenie, szlifowanie, struganie, przeciąganie. Przykłady obróbki powierzchni za pomocą prostych ruchów kształtowania przedstawiono na rysunku 2.5. Złożonymi ruchami kształtowania są ruchy względne przedmiotu obrabianego i narzędzia skrawającego niebędące ruchami prostoliniowymi ani ruchami kołowymi. Liniami charakterystycznymi złożonych ruchów kształtowania są: linie śrubowe, spirala Archimedesa, linie ewolwentowe itp. Złożone ruchy kształtowania są sumą geometryczną dwóch (lub kilku) ruchów składowych (prostoliniowych lub kołowych), a obrabiarka skrawająca musi zapewnić taką synchronizację ruchów składowych, aby ruch wypadkowy był wykonywany wzdłuż żądanej linii charakterystycznej. Przykłady obróbki za pomocą złożonych ruchów kształtowania przedstawiono na rysunku 2.6 (s. 56). a) b) c) d) Rys Przykłady obróbki powierzchni za pomocą prostych ruchów kształtowania: a) toczenie, b) struganie, c) frezowanie, d) szlifowanie I linia charakterystyczna I, II linia charakterystyczna II, P, P 1, P 2 przemieszczenie liniowe, W przemieszczenie obrotowe Jeżeli powierzchnia obrabiana składa się z kolejno obrabianych powierzchni cząstkowych, to podczas takiej obróbki występuje konieczność przemieszczenia narzędzia skrawającego względem przedmiotu obrabianego w taki sposób, aby było możliwe wykonanie obróbki kolejnej powierzchni cząstkowej takie przemieszczenie nazywa się ruchem podziałowym. Ruchy podziałowe występują podczas obróbki np. kół zębatych, gwintów wielozwojnych, narzędzi wieloostrzowych. Realizacja ruchów podziałowych w znacznym stopniu wpływa na dokładność obróbki. Ruchy podziałowe mogą być kątowe oraz liniowe. Ruch podziałowy kątowy jest wykonywany w przypadku, gdy obróbka kolejnej powierzchni cząstkowej wymaga wykonania ruchu kołowego przez narzędzie skrawające lub przedmiot obrabiany. Ruch podziałowy liniowy jest wykonywany w przypadku, gdy obróbka kolejnej powierzchni cząstkowej wymaga wykonania przemieszczenia liniowego przez narzędzie skrawające lub przedmiot obrabiany. Ilustracja ruchów podziałowych została przedstawiona na rysunku 2.7 (s. 56).

31 2.1. STRUKTURA OBRABIAREK SKRAWAJĄCYCH 29 a) b) c) d) Rys Przykłady obróbki powierzchni za pomocą złożonych ruchów kształtowania: a) toczenie powierzchni walcowej, b) zataczanie, c) toczenie powierzchni kształtowej, d) obróbka obwiedniowa I linia charakterystyczna I, II linia charakterystyczna II, P, P 1, P 2 przemieszczenie liniowe, W przemieszczenie obrotowe. a) b) Rys Przykłady ruchów podziałowych: a) kołowego, b) liniowego podziałka skok ruchu podziałowego kątowego, z liczba obrabianych powierzchni cząstkowych, t podziałka skok ruchu podziałowego liniowego W celu zapewnienia odpowiedniego położenia narzędzia skrawającego względem przedmiotu obrabianego są realizowane ruchy nastawienia wymiarowego ruchy te poprzedzają proces obróbki powierzchni. Na rysunku 2.8 przedstawiono przykłady ruchów nastawiania wymiarowego.

32 30 2. ZASADY KONSTRUKCJI OBRABIAREK SKRAWAJĄCYCH a) b) c) d) Rys Przykłady ruchów nastawiania wymiarowego: a) podczas toczenia, b) podczas wiercenia, c) podczas frezowania, d) podczas strugania a, x, y parametry nastawiania, P, P x, P y przemieszczenie liniowe Z procesem kształtowania określonej powierzchni są związane ruchy skrawania. Wyróżnia się następujące rodzaje ruchów skrawania: ruch główny (roboczy) decydujący o szybkości skrawania, ruch posuwowy decydujący o wartości posuwu podczas procesu skrawania. W przypadku wykonywania procesu skrawania w oparciu o proste ruchy kształtowania ruchy skrawania są jednocześnie ruchami kształtowania. Wymienione poniżej ruchy (ruchy kształtowania, ruchy podziałowe, ruchy nastawienia wymiarowego oraz ruchy skrawania) są nazywane ruchami zasadniczymi lub ruchami podstawowymi. Obrabiarki realizują również tzw. ruchy pomocnicze, które nie są bezpośrednio związane z wykonywaniem procesu kształtowania, lecz są konieczne do realizacji tych procesów. Do ruchów pomocniczych zalicza się: podawanie, mocowanie, zdejmowanie przedmiotu obrabianego, przemieszczanie narzędzi do pozycji pracy i wycofywanie ich, załączanie i wyłączanie ruchów zasadniczych. Specyfikację ruchów realizowanych przez obrabiarki skrawające przedstawiono na rysunku 2.9. RUCHY W OBRABIARKACH Ruchy podstawowe Ruchy kształtowania Ruchy podziałowe Ruchy nastawiania wymiarowego Ruch główny Ruch posuwowy Ruchy skrawania Ruchy pomocnicze Podawanie i zdejmowanie przedmiotu obrabianego Zamocowanie przedmiotu obrabianego Przemieszczanie narzędzi do pozycji pracy Wycofywanie narzędzi Załączanie i wyłączanie ruchów podstawowych Rys Ruchy realizowane przez obrabiarki skrawające

33 2.1. STRUKTURA OBRABIAREK SKRAWAJĄCYCH 31 Struktura funkcjonalna obrabiarek skrawających Obrabiarkę tworzą różnorodne zespoły, podzespoły, mechanizmy i elementy stanowiące jedną całość oraz spełniające określone funkcje. Konstrukcja obrabiarki wynika z charakteru procesu roboczego, czyli: warunków kształtowania sposobu nadawania kształtu powierzchni przedmiotu obrabianego, warunków skrawania przebiegu oddzielania wiórów od materiału przedmiotu obrabianego. W konstrukcji obrabiarki skrawającej można wyodrębnić następujące grupy: elementy nośne i wiążące ich zadaniem jest zapewnienie sztywności i wytrzymałości mechanicznej całości konstrukcji obrabiarki, zachowanie wzajemnego położenia poszczególnych elementów składowych obrabiarki wynikającego z ich zadań w procesie obróbki, osłona określonych części obrabiarki w celu zapewnienia ich poprawnego funkcjonowania i bezpieczeństwa obsługi (np. korpusy, kadłuby, łoża, stojaki, płyty itp.), źródła napędu (zespoły napędowe) przetwarzające energie dostarczaną z zewnątrz obrabiarki na energię mechaniczną wykorzystywaną przez poszczególne zespoły robocze (np. silniki elektryczne, siłowniki hydrauliczne, siłowniki pneumatyczne), urządzenia ruchowe (zespoły robocze) urządzenia i mechanizmy realizujące ruchy zasadnicze (podstawowe) oraz pomocnicze; do tej kategorii można zakwalifikować również przekładnie i wszelkie mechanizmy przekazujące energię oraz ruch od źródeł napędu do poszczególnych zespołów roboczych, urządzenia sterujące zapewnieniają parametry procesu obróbki (np. kierunek i prędkość ruchu przedmiotu i narzędzia, energię niezbędną do wykonania procesu obróbki, załączanie i wyłączanie zespołów i podzespołów obrabiarki biorących udział w realizacji procesu obróbki), umożliwiają ręczne lub automatyczne kierowanie przebiegiem procesu skrawania, urządzenia uzupełniające wypełniające funkcje pomocnicze procesu obróbki (np. układ chłodzenia, smarowania, itp.), zabezpieczające pracownika obsługującego obrabiarkę, osłony, zabezpieczające obrabiarkę przed uszkodzeniem lub zniszczeniem w wyniku przeciążenia lub nieprawidłowej obsługi, urządzenia kontrolno-pomiarowe urządzenia przeznaczone do pomiarów parametrów obróbki, stopnia zużycia narzędzia skrawającego, parametrów cieczy roboczej, zasilania energią itp., urządzenia mocujące urządzenia i mechanizmy umożliwiające ustawianie narzędzi skrawających oraz przedmiotu obrabianego, zapewniające właściwe pozycjonowanie narzędzia skrawającego względem przedmiotu podczas wykonywania procesu obróbki skrawaniem (np. imaki narzędziowe, uchwyty, oprawki narzędziowe), urządzenia zapewniające możliwość korygowania ustawienia narzędzia w związku z zużyciem ostrza narzędzia skrawającego lub niedokładności wykonania przekładni, urządzenia dodatkowe i pomocnicze podajniki materiału oraz przedmiotów obrabianych, urządzenia do odprowadzania wiórów, oświetlenie, urządzenia wentylacyjne itp. Każda obrabiarka musi być zasilona energią niezbędną do poprawnego funkcjonowania podzespołów i zespołów obrabiarki może to być energia elektryczna, sprężonego powietrza, hydrauliczna, energia chemiczna paliwa. Często obrabiarki posiadają zasilanie kilkoma rodzajami energii.

34 32 2. ZASADY KONSTRUKCJI OBRABIAREK SKRAWAJĄCYCH Większość z wymienionych powyżej urządzeń występuje w każdej obrabiarce, ale niektóre z nich mogą występować tylko w wybranych rodzajach obrabiarek (np. w obrabiarkach o nowoczesnej konstrukcji mogą występować urządzenia do pomiaru parametrów przemieszczenia narzędzia skrawającego, automatyczne urządzenia zabezpieczające itp.). Na rysunku 2.10 przedstawiono schemat ideowy obrabiarki skrawającej. ELEMENTY NOŚNE Strumień energii Źródła napędu Urządzenia uzupełniające Urządzenia sterujące Urządzenia mocujące Urządzenia ruchowe Urządzenia kontrolno- -pomiarowe Urządzenia dodatkowe i pomocnicze Zespół ruchu kształtowania Zespół ruchów skrawania Zespół ruchów podziałowych Zespół ustawiania narzędzia Zespół ustawiania przedmiotu Urządzenia nastawcze Zespół ruchów nastawiania wymiarowego Rys Schemat ideowy obrabiarki skrawającej Istnieje duża różnorodność rodzajów i odmian konstrukcyjnych obrabiarek skrawających. Głównymi wyróżnikami, według których dokonuje się rozróżnienia rodzajów obrabiarek skrawających, są: podstawowy sposób obróbki skrawaniem realizowany przez obrabiarkę, układ konstrukcji obrabiarki, rodzaj i sposób pracy narzędzi skrawających zastosowanych w obrabiarce. Najczęściej stosuje się ogólny podział obrabiarek ze względu sposób obróbki realizowany przez obrabiarki. W związku z tym rozróżnia się następujące obrabiarki skrawające zgodnie z normą PN/M-55200: tokarki, wiertarki, frezarki, strugarki, dłutownice, obrabiarki do obróbki ściernej (szlifierki, docierarki, osełkownice, polerki), obrabiarki wielooperacyjne (zespołowe, linie obrabiarek, centra obróbkowe). W zależności od zakresu stosowania obrabiarek, czyli przeznaczenia produkcyjnego rozróżnia się: obrabiarki ogólnego przeznaczenia do szerokiego użytkowania w różnych gałęziach przemysłu; obrabiarki specjalne o zawężonym zakresie możliwych do wykonywania na nich robót i przeznaczone dla określonej branży przemysłowej (specjalne branżowe, np. tokarka do walców hutniczych) lub dla różnych branż przemysłowych do obróbki określonych

35 2.1. STRUKTURA OBRABIAREK SKRAWAJĄCYCH 33 przedmiotów lub powierzchni (szlifierka do walców, frezarka do rowków wpustowych), lub do wykonywania jednej operacji (np. gwintowania końców rur), lub do obróbki jednakowych przedmiotów; obrabiarki specjalizowane przystosowane do obróbki określonych przedmiotów o podobnym kształcie lub wykonywania określonych operacji w zawężonym zakresie. Ze względu na możliwości obróbkowe rozróżnia się: obrabiarki uniwersalne przystosowane do wykonywania różnych operacji charakterystycznych dla rodzaju obróbki skrawaniem, stosowane głównie w produkcji jednostkowej i małoseryjnej, obrabiarki produkcyjne o mniejszym zakresie wykonywanych operacji w porównaniu z obrabiarkami uniwersalnymi, lecz mające większą wydajność, przeznaczone do użytkowania w produkcji seryjnej, obrabiarki uproszczone dla których zakres wykonywanych operacji jest węższy w porównaniu z obrabiarkami uniwersalnymi i produkcyjnymi o podobnym przeznaczeniu. PYTANIA I POLECENIA 1. Na czym polega proces kształtowania podczas obróbki skrawaniem? 2. Podaj przykłady sposobów obróbki skrawaniem, w których występują złożone ruchy kształtowania. 3. Scharakteryzuj ruch podziałowy podczas obróbki skrawaniem. 4. Określ ruchy nastawiania wymiarowego. 5. Określ ruch główny w procesach: toczenia, frezowania i wiercenia. 6. Scharakteryzuj ruchy pomocnicze obrabiarek skrawających. 7. Określ zadania urządzeń mocujących w obrabiarkach skrawających.

36 34 2. ZASADY KONSTRUKCJI OBRABIAREK SKRAWAJĄCYCH 2.7. Materiały stosowane w budowie obrabiarek skrawających W TYM ROZDZIALE DOWIESZ SIĘ: dlaczego korpus obrabiarki powinien być ciężki jakie materiały są najczęściej stosowane do wykonywania części, podzespołów i zespołów obrabiarek dlaczego korpus obrabiarki najczęściej jest wykonywany z żeliwa Do wytwarzania części, podzespołów i zespołów obrabiarek skrawających wykorzystuje się różne materiały posiadające właściwości, które umożliwiają uzyskanie części oraz konstrukcji odznaczających się określonymi cechami: a) technicznymi np. poziom rozwiązań konstrukcyjnych, technologiczność konstrukcji, materiałochłonność, dokładność wykonania, wytrzymałość konstrukcji, b) użytkowymi wypełnianie założonych funkcji, prostota obsługi, bezpieczeństwo i wygoda użytkowania, niezawodność działania, trwałość, naprawialność, nieszkodliwość dla zdrowia człowieka i ekologiczność, c) estetycznymi staranność wykonania, ogólny efekt wizualny, d) ekonomicznymi koszt wytworzenia, koszt eksploatacji. Materiały użyte do wykonania podzespołów i zespołów obrabiarek skrawających (jak i sposób ich konstrukcji) powinny zapewnić spełnienie podstawowych wymagań: zapewnienie wysokiej sztywności zdolności do przeciwstawiania się odkształceniom; odkształcenia mogą powstawać w wyniku oddziaływania obciążeń mechanicznych zewnętrznych oraz obciążeń wynikających z przebiegu procesu skrawania; sztywność obrabiarki jest jednym z najważniejszych czynników wpływających na dokładność wykonania procesu skrawania, tłumienie drgań powstających podczas wykonywania procesu skrawania mających źródło w specyfice przebiegu procesu skrawania lub w wyniku oddziaływań zewnętrznych, mała rozszerzalność cieplna rozgrzewanie się podzespołów i zespołów obrabiarki może być przyczyną utraty stabilności geometrycznej obrabiarki i powodować zmniejszenie dokładności procesu obróbki skrawaniem, odporność na wpływy środowiska pracy obrabiarki np. zmienność temperatury, zmienność wilgotności, oddziaływanie chemiczne chłodziw i innych substancji stosowanych w eksploatacji obrabiarek i w procesach obróbki skrawaniem, zapylenie, odporność na procesy zużywania. W budowie obrabiarek stosuje się następujące rodzaje materiałów: metale i stopy metali żeliwa, stale, staliwa, brązy i stopy łożyskowe, stopy aluminium, tworzywa sztuczne, kompozyty.

37 2.7. MATERIAŁY STOSOWANE W BUDOWIE OBRABIAREK SKRAWAJĄCYCH 35 Żeliwo to stop odlewniczy żelaza z węglem zawierający od 2% do 4,5% węgla oraz inne dodatki, jest materiałem kruchym, nienadającym się do obróbki plastycznej, ani na zimno, ani na gorąco. Żeliwo jest powszechnie wykorzystywane w budowie obrabiarek skrawających, szczególnie do wykonywania odlewów (np. korpusów). Udział części wykonanych z żeliwa w masie obrabiarek dochodzi do 60%. Charakterystycznymi właściwościami żeliwa są: łatwość odlewania, dobra wytrzymałość, zdolność tłumienia drgań, dobra obrabialność i odporność na ścieranie, mała rozszerzalność cieplna, relatywnie niski koszt wytworzenia, mała ciągliwość i udarność, niska wytrzymałość na rozciąganie w porównaniu z wytrzymałością na ściskanie. Ze względu na mniejszą wytrzymałość mechaniczną części wykonywane z żeliwa posiadają większe przekroje, co wpływa na zwiększenie ciężaru obrabiarki. Części odlane z żeliwa mają skłonność do odkształceń wynikających z występowania naprężeń odlewniczych, dlatego są poddawane obróbce cieplnej (wyżarzaniu odprężającemu) lub stabilizowaniu naturalnemu (sezonowaniu) w celu usunięcia tych naprężeń. Węgiel jest najważniejszym składnikiem żeliwa, od którego zawartości zależy przede wszystkim ich temperatura topnienia i lejność. Węgiel w żeliwach może występować jako wolny pod postacią grafitu, lub związany z żelazem pod postacią cementytu (Fe 3 O 2 ). W związku z tym rozróżnia się: żeliwa szare, w których węgiel występuje pod postacią grafitu i z tego powodu ich przełom jest szary; żeliwa białe, węgiel występuje pod postacią cementytu, przełom jest jasny; żeliwa pstre lub połowiczne, w których węgiel występuje w pewnych skupieniach przeważnie jako grafit, w innych jako cementyt i z tego powodu ich przełom jest pstry. Podstawowym materiałem stosowanym do wytwarzania korpusów obrabiarek są żeliwa szare. Wśród żeliw szarych wyróżnia się: żeliwa ciągliwe i żeliwa sferoidalne. Żeliwo sferoidalne uzyskuje się przez modyfikowanie żeliwa szarego. W wyniku tego zabiegu grafit występuje w tych żeliwach w postaci kulistej. Żeliwo sferoidalne posiada dobre własności wytrzymałościowe. Może ulegać odkształceniu bez uszkodzeń, jest odporne na ściskanie i zginanie. Coraz większe zastosowanie ma żeliwo sferoidalne hartowane izotermicznie (tzw. żeliwo ausferrytyczne ADI), które posiada bardzo dobrą wytrzymałości, udarność oraz wytrzymałość zmęczeniową. Żeliwo ADI wykazuje się odpornością na zużycie porównywalną ze stalą oraz wytrzymałością na jednostkę wagową porównywalną z aluminium. W porównaniu ze standardowym żeliwem sferoidalnym żeliwo ADI ma ok. dwukrotnie wyższą wytrzymałość na rozciąganie oraz granicę plastyczności, wytrzymałość zmęczeniowa jest o 50% wyższa. Żeliwo ADI ma bardzo dobre właściwości odlewnicze. Żeliwo ciągliwe jest uzyskiwane przez długotrwałe wyżarzanie odlewów z żeliwa białego (przez tzw. grafityzację). Otrzymany w ten sposób materiał jest ciągliwy i ma właściwości zbliżone do stali. Żeliwo ciągliwe jest stosowane do wytwarzania elementów obrabiarek narażonych na obciążenia udarowe (np. dźwignie, części podajników). Do wykonywania części obrabiarek pracujących w ciężkich warunkach stosuje się żeliwa stopowe zawierające składniki uszlachetniające, jak: nikiel, chrom, wolfram, molibden, wanad, aluminium i inne oraz krzem (powyżej 4,5%) i mangan (powyżej 7%). Części wykonane z żeliw stopowych charakteryzują się wysoką odpornością na ścieranie, dobrą

38 36 2. ZASADY KONSTRUKCJI OBRABIAREK SKRAWAJĄCYCH obrabialnością, zdolnością tłumienia drgań, stabilnością wymiarową. Szczególnie często są stosowane: żeliwo niskostopowe chromowo-miedziowe (ze względu na dużą wytrzymałość na rozciąganie, wysoką twardość, dobrą obrabialność, odporność na obciążenia dynamiczne) oraz żeliwo niskostopowe fosforowe (ze względu na odporność na ścieranie, oraz na obciążenia statyczne). Do wytwarzania części obrabiarek są powszechnie stosowane stale przede wszystkim stale niestopowe oraz stale stopowe maszynowe. Właściwości poszczególnych rodzajów stali można kształtować dzięki zastosowaniu obróbki cieplnej. Uzyskuje się dzięki temu utwardzenie powierzchni narażonych na ścieranie lub działanie wysokich nacisków jednostkowych oraz poprawę właściwości wytrzymałościowych. Ze stali niestopowych nie poddanych obróbce cieplnej wykonuje się części mało obciążone, jak np.: osłony, zbiorniki, pokrywy, elementy mechanizmów sterujących, elementy ustalające. Stale niestopowe poddane obróbce cieplnej mogą być stosowane do wykonywania części bardziej obciążonych, np.: śruby i wały pociągowe, wrzeciona, wały koła zębate, chwyty narzędziowe. Ze stali stopowych maszynowych są wykonywane części silnie obciążone naprężeniami zginającymi i dociskającymi, narażonymi na intensywne ścieranie. Staliwo jest to stop żelaza z węglem i innymi pierwiastkami, zawierający do ok. 2,0% węgla, otrzymywany w procesach stalowniczych w stanie ciekłym, odlewany do form odlewniczych. Odlewy takie mogą być używane bezpośrednio po zakrzepnięciu bez obróbki cieplnej lub mogą być obrabiane cieplnie, względnie poddawane obróbce cieplno-chemicznej. Jako materiał konstrukcyjny staliwo wykazuje wiele zalet: ma lepsze własności wytrzymałościowe i plastyczne w porównaniu z żeliwem, dobrą spawalność (zwłaszcza niskowęglowe i niskostopowe), wykazuje gorsze właściwości odlewnicze ze względu na skurcz dochodzący do 2% i wysoką temperaturę topnienia dochodzącą do 1600 C. Ze względu na gorsze właściwości odlewnicze i trudność z uzyskaniem złożonych kształtów odlewów oraz skomplikowany proces obróbki cieplnej odlewów staliwo ma ograniczony zakres stosowania w wytwarzaniu obrabiarek. Ze staliwa mogą być wykonywane np. duże tarcze uchwytowe ciężkich tokarek oraz duże koła zębate. Brązy są stopami miedzi, w których głównym składnikiem stopowym mogą być metale z wyjątkiem niklu lub cynku. Stosowane są głównie do wytwarzania części, które powinny posiadać dobre właściwości cierne, np.: tulei ślizgowych, nakrętek śrub pociągowych, kół zębatych i ślimacznic. Stopy łożyskowe charakteryzują się małym współczynnikiem tarcia, dobrą przewodnością cieplną, małą rozszerzalnością cieplną. Jako stopy łożyskowe często są stosowane: brąz cynowy oraz brąz aluminiowy. Stopy aluminium są stosowane do wytwarzania części nieznacznie obciążonych, które powinny być lekkie, odporne na korozję i estetyczne. Ze stopów aluminium najczęściej wykonuje się lekkie osłony, drzwiczki, pokrywy, dźwignie sterujące itp. Tworzywa sztuczne posiadają specyficzne cechy ograniczające ich wykorzystanie w budowie obrabiarek. Do tych cech można zaliczyć: małą wytrzymałość mechaniczną, wrażliwość na zmianę oraz ograniczony zakres temperatury pracy, małą wytrzymałość zmęczeniową. Dlatego z tworzyw sztucznych mogą być wykonywane części obrabiarek nie narażone na trudne warunki pracy, jak np.: przezroczyste osłony, elementy obsługowe, pokrętła, przełączniki, uszczelki, osłony elastyczne prowadnic, przewody olejowe. Podejmuje się próby wykorzystania materiałów kompozytowych (kompozytów) do wykonywania części obrabiarek. Materiały kompozytowe są kompozycją dwóch (lub większej liczby) materiałów, charakteryzują się wyjątkowymi własnościami mechanicznymi niespotykanymi w innych materiałach. W kompozytach występują materiały stanowiące

39 2.7. MATERIAŁY STOSOWANE W BUDOWIE OBRABIAREK SKRAWAJĄCYCH 37 lepiszcze, które zapewniają spójność materiału kompozytowego, twardość, odporność na ściskanie, elastyczność oraz materiały stanowiące komponent konstrukcyjny gwarantujący inne właściwości mechaniczne. Są lekkie, sztywne, ale jednocześnie wytrzymałe, mogą wykazywać się również odpornością na obciążenia udarowe. Przykładem materiału kompozytowego jest kevlar (polimer). PYTANIA I POLECENIA 1. Wyjaśnij, dlaczego materiały stosowane do wykonywania części, podzespołów i zespołów obrabiarek powinny posiadać małą rozszerzalność cieplną. 2. Wyjaśnij, dlaczego do wykonywania korpusów obrabiarek najczęściej jest stosowane żeliwo. 3. Z jakich materiałów wykonuje się części obrabiarek bardzo obciążone, tzn. przenoszące momenty obrotowe o dużych wartościach? 4. Scharakteryzuj zakres stosowania tworzyw sztucznych w budowie obrabiarek. 5. Scharakteryzuj właściwości i zastosowanie materiałów kompozytowych w budowie obrabiarek. ZAPAMIĘTAJ Podstawową funkcją obrabiarki skrawającej jest zapewnienie wzajemnego położenia przedmiotu obrabianego i narzędzia skrawającego oraz synchronizacja ich ruchów. W skład każdej obrabiarki wchodzą podzespoły i zespoły zapewniające wartość prędkości obrotowej wrzeciona właściwą dla realizowanego procesu skrawania. Ważnym zagadnieniem dla poprawnej realizacji procesu skrawania jest synchronizacja ruchów: głównego oraz posuwowego. Napędy obrabiarek skrawających są najczęściej elektryczne lub hydrauliczne. Skrzynki prędkości służą do kształtowania parametrów ruchu głównego obrabiarek. Skrzynki posuwów służą do kształtowania parametrów ruchu posuwowego obrabiarek. SPRAWDŹ SWOJĄ WIEDZĘ 1. Określ strukturę obrabiarek skrawających. 2. Scharakteryzuj napęd obrabiarek skrawających. 3. Określ działanie hydraulicznego układu kopiującego. 4. W jakim celu są stosowane układy hydropneumatyczne? 5. Scharakteryzuj układ smarowania obrabiarki. 6. Określ zadania skrzynek posuwów. 7. Wyjaśnij cel stosowania skrzynek prędkości. 8. Scharakteryzuj materiały stosowane do wytwarzania części, podzespołów i zespołów obrabiarek.

40 38 3. TOKARKI 3.1. Wiadomości wprowadzające W TYM ROZDZIALE DOWIESZ SIĘ: jakie jest przeznaczenie tokarek jakie są odmiany toczenia jakie są rodzaje tokarek Tokarki są obrabiarkami do obróbki przedmiotów przez toczenie. Przedmiot obrabiany wykonuje ruch obrotowy, natomiast narzędzie skrawające ruch liniowy. Ruch obrotowy przedmiotu obrabianego jest ruchem głównym, a ruch liniowy narzędzia skrawającego jest ruchem posuwowym. Klasyfikacji odmian toczenia dokonuje się na podstawie dwóch kryteriów: 1. kierunku ruchu posuwowego wyróżnia się toczenie wzdłużne, toczenie poprzeczne, toczenie skośne, toczenie kształtowe, 2. kształtu powierzchni uzyskiwanej w wyniku toczenia wyróżnia się toczenie powierzchni walcowych, toczenie powierzchni płaskich, toczenie powierzchni stożkowych, toczenie powierzchni śrubowych, toczenie powierzchni kształtowych. Podczas wykonywania operacji toczenia są możliwe następujące przypadki ruchu narzędzia względem osi obrotu przedmiotu obrabianego: wzdłużny tor ruchu narzędzia jest równoległy do osi obrotu przedmiotu obrabianego, jest wtedy wykonywane toczenie wzdłużne (rys. 3.1a, b, c), poprzeczny tor ruchu narzędzia jest prostopadły do osi obrotu przedmiotu obrabianego, jest wtedy wykonywane toczenie poprzeczne (rys. 3.1d, e, f), skośny linia prosta będąca torem ruchu narzędzia skrawającego jest nachylona pod określonym kątem do osi obrotu przedmiotu obrabianego, wykonywane jest wtedy toczenie powierzchni stożkowych (rys. 3.1g, h, i), złożony będący wynikiem sumowania się ruchów wzdłużnych i poprzecznych narzędzia skrawającego, występuje podczas toczenia kopiowego lub toczenia gwintów (rys. 3.1j, k). Tokarka zapewnia realizację następujących zadań: zamocowanie i ustalenie przedmiotu obrabianego i narzędzia skrawającego, zagwarantowanie kontaktu narzędzia skrawającego z przedmiotem obrabianym w celu realizacji procesu skrawania, przemieszczenie narzędzia skrawającego względem przedmiotu obrabianego po torze właściwym dla określonej odmiany toczenia, dostarczenie energii niezbędnej do oddzielenia naddatku materiału, zapewnienie warunków przebiegu procesu toczenia (smarowanie, chłodzenie), odprowadzenie produktów odpadowych skrawania (np. wiórów).

41 3.1. WIADOMOŚCI WPROWADZAJĄCE 39 a) b) c) d) e) f) g) h) i) j) k) Rys Odmiany toczenia: a) toczenie wzdłużne powierzchni zewnętrznej, b) toczenie wzdłużne powierzchni wewnętrznej (roztaczanie), c) toczenie wzdłużne powierzchni wewnętrznej (wytaczanie), d) toczenie poprzeczne powierzchni zewnętrznej (przecinanie, podcinanie), e) toczenie poprzeczne powierzchni wewnętrznej (podcinanie), f ) toczenie poprzeczne powierzchni zewnętrznej (planowanie), g), h) toczenie powierzchni stożkowej zewnętrznej, i) toczenie powierzchni stożkowej wewnętrznej, j) toczenie powierzchni kształtowej zewnętrznej, k) toczenie powierzchni kształtowej wewnętrznej Ze względu na specyfikę różnych odmian toczenia, sposób mocowania przedmiotów obrabianych i narzędzi skrawających, kształt powierzchni obrabianej, wielkość przedmiotów obrabianych, dokładność wykonania obróbki stosuje się różne konstrukcje tokarek. Wyróżnia się następujące typy tokarek: kłowe cechą charakterystyczną tego typu tokarek jest mocowanie przedmiotu obrabianego w kłach zamocowanych we wrzecionie oraz w koniku tokarki, uchwytowe cechą charakterystyczną tego typu tokarek jest mocowanie przedmiotu obrabianego w uchwycie zamocowanym we wrzecionie; uchwyty mogą mieć różne kształty np. tarczy, pierścieni, tulei, wielonożowe cechą charakterystyczną tego typu tokarek jest wykonywanie obróbki zespołem wielu noży zamocowanych w specjalnych imakach nożowych,

42 40 3. TOKARKI rewolwerowe cechą charakterystyczną tego typu tokarek jest zamocowanie wszystkich narzędzi skrawających w głowicy rewolwerowej i możliwość automatycznej zmiany narzędzia wykonującego obróbkę dzięki obrotowi głowicy rewolwerowej, tarczowe cechą charakterystyczną tego typu tokarek jest tarcza zamocowana pionowo na wrzecionie, do której jest mocowany przedmiot obrabiany, tarcza ma znaczne rozmiary, co umożliwia obróbkę przedmiotów o dużej średnicy i niewielkiej wysokości, karuzelowe cechą charakterystyczną tego typu tokarek jest pionowe usytuowanie wrzeciona, na którym zamocowana jest pozioma tarcza (zwana stołem); możliwa jest obróbka przedmiotów o dużych wymiarach (do 7000 mm) oraz o dużej masie (do 200 t), automaty i półautomaty cechą charakterystyczną tego typu tokarek jest realizowanie jednego cyklu roboczego, zaprogramowany ruch roboczy oraz ruch posuwowy i dzięki układom sterującym jest realizowany przez tokarkę, realizacja każdego innego cyklu roboczego wymaga zmiany oprzyrządowania i programu pracy tokarki, kopiarki cechą charakterystyczną tego typu tokarek jest zastosowanie układów kopiujących, specjalizowane przeznaczone do wykonywania tylko jednej operacji toczenia (np. toczenia gwintów), branżowe przeznaczone do zastosowania w określonych działach przemysłu; np. w przemyśle hutniczym do obróbki wlewków, w kolejnictwie do obróbki zestawów kół wagonów. PYTANIA I POLECENIA 1. Podaj kryteria klasyfikacji odmian toczenia. 2. Omów zasadę toczenia wzdłużnego. 3. Omów zasadę toczenia poprzecznego. 4. Omów zasadę toczenia skośnego. 5. Omów zasadę toczenia kształtowego. 6. Jakie zadania w realizacji procesów technologicznych spełniają tokarki? 7. Scharakteryzuj rodzaje tokarek.

43 3.7. AUTOMATY I PÓŁAUTOMATY TOKARSKIE Automaty i półautomaty tokarskie W TYM ROZDZIALE DOWIESZ SIĘ: jak jest zbudowany automat tokarski jakie jest przeznaczenie półautomatów i automatów tokarskich jak jest realizowane sterowanie krzywkami Półautomaty tokarskie są to tokarki wykonujące pełny cykl pracy w ramach obróbki jednego przedmiotu samoczynnie, ale w celu powtórzenia cyklu obróbki następnego przedmiotu jest wymagana ingerencja pracownika. Po zakończeniu cyklu obróbki półautomat tokarski zatrzymuje się samoczynnie, natomiast pracownik dokonuje wymiany przedmiotu i uruchamia tokarkę w celu rozpoczęcia kolejnego cyklu pracy. Cechą charakterystyczną półautomatów tokarskich jest cykliczność pracy. W związku z szerokim stosowaniem urządzeń automatycznych podających oraz mocujących i ustalających przedmioty obrabiane półautomaty tokarskie są wypierane przez automaty tokarskie, czyli urządzenia wykonujące w sposób automatyczny cały cykl pracy. Cykl pracy oprócz zabiegów obróbki obejmuje również czynności związane z podaniem i mocowaniem materiału, zmianą parametrów obróbki (posuwu, prędkości obrotowej wrzeciona) oraz zmianą pozycji narzędzi. Za pomocą automatów tokarskich dokonuje się zazwyczaj obróbki przedmiotów, dla których półfabrykatem jest pręt. W półautomatach i automatach tokarskich do sterowania przesuwem suportów, podajników i urządzeń mocujących są stosowane krzywki (najczęściej są to krzywki bębnowe lub krzywki tarczowe). Zasada działania mechanizmów przesuwających sterowanych krzywkami została przedstawiona na rysunku 3.33 (s. 192). Na bębnie 1 osadzono krzywkę 2, która obraca się razem z bębnem. W kanale (rowku) krzywki jest prowadzony czop 4 sprzężony z suportem 5. Podczas obrotu bębna następuje przemieszczanie się czopu 4 w rowku i przemieszczanie liniowe suportu 5. Wraz z suportem przemieszcza się narzędzie skrawające zamocowane na suporcie i jest wykonywany proces toczenia. Jeżeli zaś krzywka ma kształt tarczy (rys. 3.33b, s. 192), to suport jest przemieszczany dzięki zastosowaniu przekładni zębatkowej napędzanej uzębioną częścią dźwigni 8. Dźwignia wykonuje ruch obrotowy w wyniku nacisku powierzchni krzywki tarczowej. Przyleganie rolki dźwigni 8 do powierzchni krzywki 9 zostaje wymuszone sprężyną. Na odcinku x obrotu krzywki odbywa się przemieszczanie suportu w kierunku lewym, natomiast na odcinku y szybki powrót suportu. Istnieje wiele rodzajów automatów i półautomatów tokarskich klasyfikowanych według różnych kryteriów: liczba wrzecion jednowrzecionowe oraz wielowrzecionowe, kierunek posuwu suportów wzdłużne, poprzeczne, rewolwerowe, kierunek osi wrzeciona (wrzecion) pionowe oraz poziome, ruch główny z obracającym się przedmiotem oraz z obracającym się narzędziem.

44 42 3. TOKARKI a) b) Rys Zasada działania mechanizmów przesuwających sterowanych krzywkami: a) bębnowa, b) tarczowa Przykład schematu kinematycznego automatu tokarskiego wzdłużnego przedstawiono na rysunku Silnik elektryczny 1 napędza wał napędowy 2 przez stopniową przekładnię pasową. Z wału 2 za pośrednictwem przekładni pasowych napęd jest przekazywany do: wrzecion przechylnej głowicy rewolwerowej 8 przez dwustopniową przekładnię pasową (koła 6, 7, 9); pasy przekładni są przesuwane przez widełki 10 i 11; pompy cieczy chłodzącej poprzez przekładnię pasową (koło 5); wału sterującego WS poprzez przekładnie pasową (koło 4); wrzeciona tokarki poprzez przekładnię pasową (koło 3). Wartość prędkości obrotowej wału sterującego WS nastawia się za pomocą kół zmianowych a, b, c, d. Ręczne obracanie wału WS jest wykonywane za pomocą kółka 12. Krzywki rozmieszczone na wale WS sterują ruchami głowicy rewolwerowej (krzywki 13 i 14), ruchami suportów (krzywki 15, 16, 17, 18) oraz mechanizmu mocującego we wrzecionie obrabiany materiał (pręt) (krzywka 19), wrzeciennika (krzywka 20).

45 3.7. AUTOMATY I PÓŁAUTOMATY TOKARSKIE 43 Rys Przykład schematu kinematycznego automatu tokarskiego wzdłużnego PYTANIA I POLECENIA 1. Wymień różnice między półautomatem a automatem tokarskim. 2. Wyjaśnij sposób sterowania mechanizmów za pomocą krzywek. 3. Określ zastosowanie półautomatów i automatów tokarskich.

46 44 3. TOKARKI 3.8. Tokarki specjalizowane W TYM ROZDZIALE DOWIESZ SIĘ: jakie jest przeznaczenie tokarek specjalizowanych jak jest zbudowana i jak działa łuszczarka do gwintów jakie są odmiany tokarek specjalizowanych Tokarki specjalizowane do gwintów można podzielić na: łuszczarki do gwintów, tokarki do wykańczającej obróbki dokładnych śrub pociągowych. Na rysunku 3.35 przedstawiono zasadę obróbki gwintów za pomocą łuszczarki oraz schemat kinematyczny łuszczarki do gwintów. Ważnym elementem łuszczarki do gwintów jest wirująca głowica z nożami skrawającymi pracująca z dużymi szybkościami skrawania. Głowica nożowa 1 jest ułożyskowana w obrotnicy 2 i może być ustawiana względem osi śruby pod kątem równym kątowi wzniosu linii śrubowej wykonywanego gwintu. Głowica nożowa jest wprawiana w ruch obrotowy silnikiem 3. Wrzeciono tokarki zostaje napędzane silnikiem 7, natomiast stopniowanie prędkości obrotowej wrzeciona uzyskuje się dzięki zastosowaniu kół zmianowych 8. Śruba pociągowa SP podczas nacinania gwintu otrzymuje napęd od wrzeciona za pośrednictwem przekładni gitarowej 6. Napęd ruchu powrotnego (szybkiego) suportu jest uzyskiwany z silnika 9 i załączany sprzęgłem kłowym. Tokarki do wykańczającej obróbki dokładnych śrub pociągowych maja budowę podobną do budowy tokarek kłowych. Wrzeciono tokarki jest napędzane silnikiem elektrycznym przez skrzynkę prędkości 1. Śruba pociągowa tokarki wytwarzająca napęd posuwów gwintowych jest bardzo dokładnie obrobiona i poddana szczegółowej kontroli zgodności wykonania z parametrami założonymi w dokumentacji śruby pociągowej. Ewentualne odchylenia (np. wartości skoku linii śrubowej) są lokalizowane i wprowadza się ich korektę dzięki zastosowaniu urządzenia korygującego 3 sprzęgającego śrubę pociągową z nożem tokarskim. Schemat kinematyczny tokarki do wykańczającej obróbki dokładnych śrub pociągowych został przedstawiony na rysunku 3.36 (s. 196). Natomiast schemat urządzenia korygującego na rysunku 3.37 (s. 196). Urządzenie korygujące składa się z nakrętki 2 połączonej z dźwignią 1 stale dociskanej do liniału korygującego 3. Zarys liniału odpowiada błędom skoku ruchu dźwigni powodując dodatkowy obrót nakrętki 2, co skutkuje szybszym przesunięciem suportu z nożem tokarskim, gdy skok śruby jest zbyt mały oraz wolniejszemu przesunięciu suportu, gdy skok śruby jest zbyt duży. Na tokarkach do wykańczającej obróbki dokładnych śrub pociągowych są obrabiane półprodukty posiadające wstępnie wykonane gwinty na tokarkach lub frezarkach.

47 3.8. TOKARKI SPECJALIZOWANE 45 a) b) c) d) Rys Łuszczarka do gwintów: a) zasada nacinania gwintów, b) głowica nożowa, c) przebieg skrawania przez poszczególne noże, d) schemat kinematyczny łuszczarki

48 46 3. TOKARKI a) b) Rys Schemat tokarki do wykańczającej obróbki dokładnych śrub pociągowych 1 skrzynka prędkości, 2 przekładnia gitarowa, 3 liniał korygujący, 4 podtrzymka ruchoma Rys Schemat urządzenia korygującego błędy skoku śruby pociągowej 1 nakrętka, 2 dźwignia, 3 liniał korygujący

49 3.8. TOKARKI SPECJALIZOWANE 47 Zataczarki są stosowane do obróbki frezów zataczanych. W przypadku zastosowania dodatkowych przyrządów można również wykonywać toczenie krzywek, wytaczanie otworów nieokrągłych. Zakładany kształt powierzchni przyłożenia zęba zataczanego frezu otrzymuje się ze złożenia ruchu obrotowego materiału obrabianego z promieniowym (poprzecznym) jednostajnym przemieszczeniem noża tokarskiego. Ruch poprzeczny noża tokarskiego uzyskuje się dzięki zastosowaniu krzywki. W obwodzie krzywki można wyróżnić dwie części pierwsza część (kąt r ) nazywana roboczą powoduje przemieszczanie noża w kierunku osi wrzeciona, natomiast druga (kąt j ) wycofanie noża. Schemat zataczania zębów frezu jest przedstawiony na rysunku Rys Schemat zataczania zębów frezu Przykład schematu kinematycznego zataczarki przedstawiono na rysunku 3.39 (s. 198).

50 48 3. TOKARKI Rys Przykład schematu kinematycznego zataczarki 1 sprzęgło stożkowe, 2 krzywka napędu pompki olejowej, 3 sprzęgło napędu wrzeciona, 4 kółko ręcznego obracania wrzeciona, 5 przekladnia różnicowa, 6 krzywka, 7 sanie suportu skokowego, 8 obrotnica dolna, 9 obrotnica górna, 10 kółko ręcznego przesuwania suportu Napęd z silnika elektrycznego za pośrednictwem przekładni pasowej jest przekazywany do skrzynki prędkości. Z wałka wyjściowego skrzynki prędkości poprzez przekładnię stożkową napęd jest przekazywany do wrzeciona. WR. Wrzeciono może być obracane ręcznie kółkiem 4. Z wrzeciona WR napęd jest przekazywany do śruby pociągowej zmianę wartości prędkości obrotowej śruby pociągowej względem wrzeciona WR uzyskuje się dzięki przekładni gitarowej. Ruch obrotowy wałka wyjściowego skrzynki prędkości przez przekładnię i z jest przenoszony do przekładni różnicowej 5, z drugiej strony do przekładni różnicowej za pośrednictwem przekładni i r jest przekazywany ruch obrotowy śruby pociągowej. Po złożeniu ruchów w przekładni różnicowej (zsumowaniu lub odjęciu) napęd jest przekazywany na wał WZ napędzający krzywkę. Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne oświadczają, że podjęły starania mające na celu dotarcie do właścicieli i dysponentów praw autorskich wszystkich zamieszczonych utworów. Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, przytaczając w celach dydaktycznych utwory lub fragmenty, postępują zgodnie z art. 29 ustawy o prawie autorskim. Jednocześnie Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne oświadczają, że są jedynym podmiotem właściwym do kontaktu autorów tych utworów lub innych podmiotów uprawnionych w wypadkach, w których twórcy przysługuje prawo do wynagrodzenia.

51 Klub Nauczyciela uczę.pl cenną pomocą dydaktyczną! Co można znaleźć w Klubie Nauczyciela? podstawy programowe programy nauczania materiały metodyczne: rozkłady materiału, plany nauczania, plany wynikowe, scenariusze przykładowych lekcji materiały dydaktyczne i ćwiczeniowe klucze odpowiedzi do zeszytów ćwiczeń

52 Kształcimy zawodowo! Największa oferta publikacji zawodowych w Polsce podręczniki repetytoria i testy przygotowujące do egzaminów seria Pracownie do praktycznej nauki zawodu ćwiczenia do nauki języków obcych zawodowych dodatkowe materiały dla nauczycieli na uczę.pl wszystkie treści zgodne z nową podstawą programową Skuteczne przygotowanie do nowych egzaminów potwierdzających kwalifikacje w zawodzie Wszystkie nasze publikacje można zamówić w księgarni internetowej sklep.wsip.pl