ANALIZA KINEMATYKI DOCIERAREK TARCZOWYCH 1. WSTĘP

Transkrypt

1 InŜynieria Maszyn, R. 18, z. 2, 2013 docierarka arczoa, oierzchnia łaska, kinemayka Adam BARYLSKI 1 ANALIZA KINEMATYKI DOCIERAREK TARCZOWYCH Przedsaiono analizę kinemayki docierania oierzchni łaskich. Omóiono oracoane modele sandardoych układó kinemaycznych. Wykazano, Ŝe san łaskości oierzchni czynnej docieraka ma zasadniczy ły na łaskość oierzchni obrabianych. Decyduje o ym sosunkoo złoŝona kinemayka docierania. 1. WSTĘP Wsółcześnie do docierania oierzchni łaskich ykorzysyane są głónie da układy kinemayczne: ierścienioy docierarkach jednoarczoych i obiegoy docieraniu duarczoym. Prędkość zględna układzie docierak (arcza docierająca) rzedmio obrabiany jes jednym z odsaoych kryerió obróbki [1]. Kinemayka docierania decyduje o zuŝyciu kszałoym narzędzia, zaś arość rędkości ma isony ły na inensyność docierania. W sandardoym układzie kinemaycznym docierania elemenó łaskich kszały rajekorii rzedmioó na docieraku mają zarys eicykloidalny, ericykloidalny, bądź hiocykloidalny, o róŝnym soniu ydłuŝenia lub skrócenia. Z cześniej rzeroadzonych badań ynika, Ŝe o ydajności docierania, orócz średniej rędkości v, decyduje akŝe sosunek rędkości eksremalnych λ=v max /v min oraz arość rzysieszenia sycznego a [2]. Mając o na uadze odjęo się analizy układó ykonaczych obrabiarek o sandardoym układzie kinemaycznym. 2. STANDARDOWE UKŁADY KINEMATYCZNE DOCIERAREK 2.1. DOCIERARKI JEDNOTARCZOWE Sandardoy układ ykonaczy docierania na docierarce jednoarczoej rzedsaiono na rys. 1 i 2. W ym układzie kinemaycznym (rys. 2) na oierzchni 1 Poliechnika Gdańska, Wydział Mechaniczny, Kaedra Technologii Maszyn i Auomayzacji Produkcji, abarylsk@g.gda.l

2 98 Adam BARYLSKI roboczej docieraka (1) oruszają się Ŝeline ierścienie roadzące (5) z rędkością obrooą n s. Tarcza docierająca, obracająca się z rędkością n, naędza ierścienie, kórych umieszczone są sobodnie searaory (4), umoŝliiające zykle omijany, dodakoy ruch rzedmioó obrabianych (3). Na rzedmioy yierane jes obciąŝenie orzez odkładkę filcoą, dla zaenienia bardziej rónomiernego rozłoŝenia nacisku [4-20]. DociąŜenie elemenó obrabianych odbya się za omocą układu neumaycznego lub graiacyjnie. Tylko nieliczne firmy, rzykładoo GMT [17], roonują ymuszony naęd ierścieni roadzących. Rys. 1. Docierarki jednoarczoe [16] Fig. 1. Single-disk laing machines [16] Rys. 2. Sysem kinemayczny docierarki jednoarczoej Fig. 2. Kinemaic sysem of single-disk laing machine W celu analizy kinemayki naleŝy yznaczyć ołoŝenie doolnego unku P, naleŝącego do rzedmiou obrabianego, określonego za omocą ekora romienia odzącego R () dóch układach sółrzędnych: absolunym ζ-η i zględnym x-y, ziązanym z obracającym się docierakiem (rys. 3).

3 Analiza kinemayki docierarek arczoych 99 Rys. 3. Układ kinemayczny docierarki jednoarczoej: 1-docierak, 2-searaor, 3-rzedmio obrabiany Fig. 3. Kinemaic sysem of single-disk laing machine: 1- laing disk, 2 searaor, 3- orkiece Wsółrzędne x i y są ciągłymi funkcjami czasu i moŝna je oisać rónaniami: x y ( ) = R cos( ω ω ) + r cos( ω2 ω ) (1) j ( ) = R sin( ω ω ) + r sin( ω2 ω ) (2) j Prędkość zględna układzie rzedmio-docierak ynika z róŝnicy rędkości kąoej ierścienia roadzącego i rędkości kąoej arczy docierającej. Wroadzenie dodakoego arameru k, k ω ω = 2 (3) ω ω j kórego arość decyduje o rodzaju rajekorii ruchu sooduje, Ŝe rónania ruchu unku P rzedmiou docieranego ( iększości konsrukcji docierarek jednoarczoych rędkość ω j =0) rzyjmą osać: x y ( ) = R cos( ω ) + r cos( k ω ) (4) ( ) = R sin( ω ) + r sin( k ω ) (5) Warość chiloej rędkości unku P yniesie zaem: V ) = ω R + r k + 2 r R k cos( ω ω ) ( j 2 zaś chiloego rzysieszenia unku P: a ) = ω R + r k + 2 R r k cos( ω ω ) ( j 2 (6) (7)

4 100 Adam BARYLSKI Czas jednego cyklu ruchu określa zaleŝność: 2π T z = (8) ω ω j DOCIERARKI DWUTARCZOWE Docieranie duarczoe umoŝliia jednoczesną obróbkę rzeciległych oierzchni łaskich (rys. 4). Ma ono zasosoanie rakyce, kiedy ymagana jes zarazem duŝa łaskość, jak i rónoległość oierzchni. Średnice docierakó rodukoanych sółcześnie obrabiarek ynoszą od 300 do 1800mm. WyosaŜenie docierarek duarczoych (rys. 5) róŝni się od jednoarczoych ym, Ŝe osiadają one oddzielne naędy dolnego (6) i górnego (1) docieraka, z bezsonioą regulacją rędkości obrooych, oraz zesoły do auomaycznej zmiany kierunku obroó obiegoych searaoró rzedmiooych ( liczbie od 4 do 6), co znacznym soniu zaenia samoczynne urzymyanie łaskości oierzchni roboczych arcz docierających. Searaory (4), o grubości mniejszej od ysokości docieranego rzedmiou (3), są naędzane enęrznym (niekiedy i zenęrznym) ieńcem zębaym lub kołkoym (5) i oruszają się raz z rzedmioami ruchem lanearnym. Rys. 4. Docierarka duarczoa (Peer Wolers) [20] Fig. 4. To-disk laing machine (Peer Wolers) [20] W rzyadku docierarki duarczoej rędkość średnią v doolnego unku P rzedmiou leŝącego na oierzchni obrabianej yznaczyć moŝna ze zoru [3]: v = 0,052ω [R 2 + k 2 r 2 2Rrkcosω 2 ] 1/2 (9)

5 Analiza kinemayki docierarek arczoych 101 Rys. 5. Układ kinemayczny docieraki duarczoej [16] Fig. 5. Kinemaic sysem of o-disk laing machine [16] gdzie: ω - kąoa rędkość zględna układzie lanearnym, R - odległość środka searaora rzedmiooego od środka arczy docierającej, r - odległość geomerycznego środka rzedmiou obrabianego od środka searaora, ω 2 - rędkość kąoa searaora rzedmiooego, - czas, zaś, k = (ω + ω 2 ) ω WYNIKI OBLICZEŃ 3.1. DOCIERANIE JEDNOTARCZOWE Obliczenia rędkości docieraniu jednoarczoym rzeroadzono dla rzech ołoŝeń elemenu obrabianego searaorze r 1, r 2 i r 3 (rys. 6). Pozosałe aramery geomeryczne i kinemayczne o: r o = 121mm, ω /ω d = 0,365. Analizoano obróbkę krąŝkó o średnicy 20 i ysokości 15mm. W rzyadku obróbki na docierarce Keme 15 (średnica zenęrzna arczy docierającej 381mm, rędkość obrooa docieraka 70min -1, liczba searaoró 3) rędkość docierania zmieniała się zakresie od 1,81 do 2,02m/s (rzy r = mm). Dla docierarki firmy FLM 1000 firmy Sähli (średnica zenęrzna arczy docierającej 1000mm, rędkość obrooa docieraka 60 min -1, liczba searaoró 3) rędkość docierania ynosiła odoiednio od 2,63 2,95m/s (rzy r = mm), zaś dla obrabiarki GMT (średnica zenęrzna arczy docierającej 1800mm, rędkość obrooa docieraka min -1, liczba searaoró 4) rędkość docierania zmieniała się od 0,76 1,96m/s (rzy r = mm).

6 102 Adam BARYLSKI Rys. 6. Schema do analizy Fig. 6. Diagram of he analysed 3.2. DOCIERANIE DWUTARCZOWE Obliczenia rędkości docieraniu duarczoym rzeroadzono dla układu okazanego na rys. 7 (z 1, z 2, z 3 odoiednio, liczby zębó elemenó układu ykonaczego docierarki, n rędkość obrooa arczy docierającej, n 1 rędkość obrooa enęrznego ierścienia naędzającego), rzy obróbce elemenó o idenycznych ymiarach jak oyŝej. Rys. 7. Schema do analizy docierarka duarczoa Fig. 7. Diagram of he analysed - o-disk laing machine

7 Analiza kinemayki docierarek arczoych 103 W rzyadku obróbki na docierarce duarczoej AC 470 firmy Peer Wolers (średnica zenęrzna/enęrzna arczy docierającej 475/445mm, rędkość obrooa docierakó min -1 ) rędkość docierania zmieniała się zakresie od 0,11 do 1,03 m/s (rzy r = 13,7 67,2mm i dla r = 9,5mm). Dla docierarki AC 1000F (średnica zenęrzna arczy docierającej 1050mm, rędkość obrooa docieraka 150 i 250min -1, liczba searaoró 5 lub 6) rędkość docierania ynosiła odoiednio od 0,33 2,72m/s (rzy r = mm i dla r = 20mm), zaś dla obrabiarki AC 2000F (średnica zenęrzna arczy docierającej 1809mm, rędkość obrooa docieraka 40min -1, liczba searaoró 5) rędkość docierania zmieniała się od 0,30 2,03m/s (rzy r = 53,5-249mm i dla r = 38,8mm). 4. UWAGI OGÓLNE W docieraniu oierzchni łaskich i łasko-rónoległych raz ze zrosem rędkości obrooej arczy docierającej zrasa rędkość docierania, co jak iadomo, inensyfikuje roces obróbkoy i jednocześnie łya na ogorszenie chrooaości oierzchni. Projekując oeracje docierania naleŝy zachoać ięc arunki srzyjające uzyskaniu ysokiej ydajności rzy moŝliie małej chrooaości oierzchni, jak najkrószym czasie. Konieczne są ięc u działania oymalizacyjne. Z rzeroadzonych rozaŝań ynika, iŝ analizoane docierarki jedno- i duarczoe mogą być ykorzysane zaróno do docierania sęnego, jak i dokładnego, czy bardzo dokładnego. Wły rozmieszczenia rzedmioó searaorze nie ma duŝego łyu na zmiany rędkości docierania i aby uzyskać najmniejsze zmiany rędkości skraania naleŝałoby rozmieszczać rzedmioy jak najbliŝej średnicy odziałoej arczy docierającej, co nie jes jednak korzysne z uagi na łaście docieraniu kszałoanie srukury geomerycznej oierzchni obrabianej. Wły na rędkość docierania jednoarczoego ma rędkość searaora (ierścienia roadzącego), kóra zaleŝna jes od rędkości docieraka i arunkó arcia układzie ierścień roadzący zaiesina ścierna oierzchnia robocza narzędzia. Zmiana ych złoŝonych arunkó ymaga roadzenia niezaleŝnego naędu ierścieni roadzących, sółbieŝnie lub rzecibieŝnie sosunku do obroó arczy docierającej. LITERATURA [1] ARDELT Th., 2001, Einfluss der Relaivbeegung auf den Prozess und das Arbeisergebnis beim Planschleifen mi Planeenkinemaik, Disseraion, TU Berlin, Reihe Beriche aus dem Produkionsechnischen Zenrum, Berlin. [2] BARYLSKI A., 2010, Analiza kinemayki docierarek arczoych, W.: Podsay i echnika obróbki ściernej, Poliechnika Łódzka, Wydział Mechaniczny, Łódź. [3] FELD M., BARYLSKI A., 1979, Docieranie yyczne doboru arunkó obróbki, Wyd. WEMA, Warszaa. [4] h://.engis.com [5] h://.joke.de [6] h://.laingmachines.com [7] h://.lamaser.com [8] h://.laing-olish.com [9] h://.logiech.uk.com [10] h://.ma-gmbh.de

8 104 Adam BARYLSKI [11] h://.eer-olers.com [12] h://.seedfam.com [13] h://.sahli.com [14] h://srasbaugh.com [15] h://.yj-cn.com [16] h://.secialize.laing.com.an [17] Maeriały firmy Guindy Machine Tools Limied, 2013, Laing Machines. [18] Maerialy firmy Keme Inernaional Limied, 2012, Fla laing sysem & accessories. [19] Maeriały firmy Sahli Laing Technology Ld, 2012, Feelin for finishing. [20] Maeriały firmy Peer Wolers, 2012, High recision surface finishing. ANALYSIS OF LAPPING MACHINE KINEMATICS Analysis of he laing machine kinemaic sysem for lanes is resened. We have develoed a models of sandard kinemaic sysems. The flaness of orking surface of a laing ool has he essenial influence on ork surface. Relaively comlex laing kinemaics is also an imoran facor.