BADANIA WP YWU NAP DU POPRZECZNEGO ZATACZARKI NA GEOMETRI POWIERZCHNI PRZY O ENIA FREZÓW ZATACZANYCH

Transkrypt

1 K O M I S J A B U D O W Y M A S Z Y N P A N O D D Z I A W P O Z N A N I U Vol. 9 nr 4 Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji 9 WOJCIECH PTASZY SKI BADANIA WP YWU NAP DU POPRZECZNEGO ZATACZARKI NA GEOMETRI POWIERZCHNI PRZY O ENIA FREZÓW ZATACZANYCH W artykule przedstawiono wyniki bada porównawczych dok adno ci zarysu i chropowato ci powierzchni frezów zataczanych na dwóch zataczarkach: konwencjonalnej z nap dem krzywkowym suportu poprzecznego oraz zmodernizowanej z bezpo rednim nap dem liniowym. Dla obu frezów mierzono zarys i chropowato powierzchni zataczanych w p aszczy nie bocznej i tylnej. Otrzymane wyniki przedstawiono na wykresach i poddano analizie porównawczej. S owa kluczowe: zataczanie, badania, dok adno zarysu, chropowato powierzchni 1. WPROWADZENIE Zasadniczym zadaniem obróbkowym zataczarek jest obróbka zataczanie powierzchni przy o enia narz dzi wieloostrzowych (frezów) [6]. Powierzchnia ta ma najcz ciej zarys spirali Archimedesa. Zarys ten uzyskuje si przez skojarzenie ruchu obrotowego przedmiotu obrabianego z ruchem jednostajnym promieniowym no a. W klasycznej zataczarce ruch zataczania uzyskuje si dzi ki specjalnej krzywce, która poprzez palec wodz cy wprawia w ruch suport poprzeczny. Ruch powrotny suportu odbywa si poprzez spr yn. Krzywka wykonuje jeden pe en obrót na jedno zataczane ostrze. Pr dko skrawania w procesie zataczania zale y przede wszystkim od zjawisk dynamicznych zachodz cych w suporcie zataczarki. Zbyt du a liczba skoków suportu powoduje silne uderzenia palca wodz cego o krzywk i mo e by przyczyn uszkodzenia maszyny. Producenci zataczarek podaj najwi ksz dopuszczaln liczb skoków sa suportu na minut. Warto ta zale y od stanu technicznego obrabiarki. Na przyk ad dla zataczarek w dobrym stanie technicznym wynosi ona 5 skoków/min. W praktyce jednak stosuje si mniejsz Dr in. Instytut Technologii Mechanicznej Politechniki Pozna skiej.

2 34 W. Ptaszy ski liczb : 1 18 skoków/min w obróbce zgrubnej oraz 6 1 skoków/min podczas zataczania wyka czaj cego. Wydajno procesu zataczania narz dzi mo na zwi kszy przez zwi kszenie parametrów obróbki, zw aszcza pr dko ci obrotowej wrzeciona, a tak e skrócenie czasu przestawiania maszyny. W zataczarkach konwencjonalnych, jak ju wspomniano, maksymalna pr dko obrotowa wrzeciona jest ograniczona przez wytrzyma o mechaniczn uk adu krzywkowego i wytrzyma o narz dzia kszta towego na trudne warunki skrawania (ma a pr dko skrawania). Jednym ze sposobów zwi kszenia wydajno ci procesu zataczania jest zast pienie mechanizmu krzywkowego nap du ruchu zataczania bezpo rednim silnikiem liniowym [1 4].. WYNIKI BADA Na rysunku 1 przedstawiono wykresy zarejestrowanego po o enia i uchybu po o enia suportu poprzecznego zmodernizowanej zataczarki dla cz stotliwo ci ruchów zataczania f = 6 Hz. Na dok adno zarysu obrabianej powierzchni ma wp yw przede wszystkim dok adno ruchu suportu w fazie zataczania (rys. 1) [, 5]. Dok adno tego ruchu zale y przede wszystkim od cz stotliwo ci ruchów zataczania i zmniejsza si wraz ze wzrostem tej cz stotliwo ci [5]. 3 31,5 31 3,5 n = 18 1/min z = h = 3 mm f = 6 Hz,5,4,3, Pozycja [mm] 3 9,5 9 8,5,1 -,1 -, Uchyb [mm] 8 7,5 Pozycja Uchyb -,3 -, Czas [ms] -,5 Rys. 1. Wykresy zarejestrowanego po o enia i uchybu po o enia suportu poprzecznego zataczarki dla cz stotliwo ci ruchów zataczania f = 6 Hz i skoku h = 3 mm Fig. 1. The graph with the obtained position and following error and force for the given parameters: relieving depth h = 3 mm, and relieving frequency f = 6 Hz

3 Badanie wp ywu nap du poprzecznego zataczarki W celu sprawdzenia efektów modernizacji wykonano takie same frezy kszta towe na dwóch zataczarkach: konwencjonalnej z nap dem krzywkowym i zmodernizowanej, a nast pnie poddano badaniom zataczane powierzchnie. Widok tych frezów przedstawiono na rys.. P aszczyzna tylna a) b) P aszczyzna boczna Rys.. Widok frezów kszta towych wykonanych na zataczarce: a) konwencjonalnej, b) zmodernizowanej Fig.. The view of milling tools made on relieving lathe: a) conventional, b) modernized Powierzchnie obrabiane badano za pomoc profilografometru firmy Hommelwerke T8 z oprogramowaniem Turbo DataWin do badania geometrii powierzchni. W czasie bada mierzono zarys i chropowato powierzchni w p aszczy nie tylnej i p aszczy nie bocznej (rys. ). W ka dej p aszczy nie dla obu frezów wykonano po 4 pomiary. Na rysunku 3 przedstawiono wyniki pomiaru kszta tu i chropowato ci powierzchni frezu wykonanego na zataczarce z nap dem krzywkowym, a na rys. 4 frezu wykonanego na zataczarce zmodernizowanej. Na ka dym z tych rysunków przedstawiono ogólny wykres powierzchni, wykres chropowato ci powierzchni oraz wykres profilu. Dodatkowo dla ka dego pomiaru wyznaczono parametry chropowato ci powierzchni Ra i Rz i zestawiono je w tablicy 1 oraz przedstawiono na wykresie (rys. 5). Analizuj c uzyskane wyniki, zauwa ono, e w ka dej serii pomiarowej wyst puje jeden pomiar znacznie ró ni cy od pozosta ych. W zwi zku z tym odrzucono je i ponownie sporz dzono wykresy (rys. 6). W czasie zataczania nó tokarski, wykonuj c cykliczne ruchy zataczania powierzchni, przesuwa si wzd u osi obrotu zataczanego frezu. W zwi zku z tym na chropowato powierzchni tylnej zasadniczy wp yw ma posuw wzd u ny, natomiast na chropowato powierzchni bocznej dok adno i stabilno ruchu zataczania.

4 36 W. Ptaszy ski a) 1 3 b) 1 3 Rys. 3. Wykresy pomiarów kszta tu i chropowato ci powierzchni frezu zataczanego na zataczarce konwencjonalnej: a) p aszczyzna tylna, b) p aszczyzna boczna; 1 wykres profilu, wykres chropowato ci, 3 wykres falisto ci Fig. 3. Graphs of profile and roughness surface of milling tools made on conventional relieving lathe: a) working back plane, b) working plane; 1 graph of profile, graph of roughness, 3 graph of waviness

5 Badanie wp ywu nap du poprzecznego zataczarki a) 1 3 b) 1 3 Rys. 4. Wykresy pomiarów kszta tu i chropowato ci powierzchni frezu zataczanego na zataczarce zmodernizowanej: a) p aszczyzna tylna, b) p aszczyzna boczna; 1 wykres profilu, wykres chropowato ci, 3 wykres falisto ci Fig. 4. Graphs of profile and roughness surface of milling tools made on modernized relieving lathe: a) working back plane, b) working plane; 1 graph of profile, graph of roughness, 3 graph of waviness

6 38 W. Ptaszy ski Chropowato powierzchni wykonanych frezów The roughness surface of relieving tools Tablica 1 P aszczyzna Boczna Tylna Nr pomiaru Nap d bezpo redni Nap d krzywkowy Ra Rz Ra Rz 1 1,69 9,45 1,73 11,6, 11,48,33 1,95 3 1,33 7,85 1,4 7,76 4 1,74 7,91 1,5 7,49 rednia 1,7 9,17 1,75 9,8 1,95 6,11 1,16 6,88 1,7 8,18 1,9 1,95 3,78 5,9 1,13 6,76 4,88 5, 1,64 9,35 rednia,97 6,1 1,46 8,49 a) b) 1 9,8 1 8, ,17 Rz 1,7 Ra 1,75 Krzywkowy Bezpo redni 6 4 6,1 Rz,97 Ra 1,46 Krzywkowy Bezpo redni Rys. 5. Zbiorcze wyniki chropowato ci powierzchni wykonanych frezów: a) p aszczyzna tylna, b) p aszczyzna boczna Fig 5. The summarized values of the roughness surface of relieving tools: a) working back plane, b) working plane a) b) 1 9,8 1 8, ,4 Rz 1,59 Ra 1,75 Krzywkowy Bezpo redni 6 4 5,41 Rz,87 Ra 1,46 Krzywkowy Bezpo redni Rys. 6. Zbiorcze wyniki chropowato ci powierzchni wykonanych frezów (po odrzuceniu pomiarów odbiegaj cych od pozosta ych): a) p aszczyzna tylna, b) p aszczyzna boczna Fig. 6. The summarized values of the roughness surface of relieving tools (without uncertainly values): a) working back plane, b) working plane

7 Badanie wp ywu nap du poprzecznego zataczarki Analizuj c wykresy (rys. 6), mo na zauwa y, e chropowato powierzchni mierzona zarówno na p aszczy nie bocznej, jak i na p aszczy nie tylnej jest du a w stosunku do chropowato ci powierzchni uzyskiwanych podczas toczenia na zwyk ych tokarkach z porównywalnymi warto ciami posuwu wzd u nego. Wynika to przede wszystkim z ma ej pr dko ci obrotowej wrzeciona podczas zataczania. Mo na równie zauwa y, e chropowato powierzchni zataczanych, mierzona na p aszczy nie bocznej i p aszczy nie tylnej, jest mniejsza w przypadku zataczania na zataczarce zmodernizowanej ni na zataczarce konwencjonalnej. Wst pna analiza dok adno ci zarysów powierzchni zataczanych wykaza a równie, e wi ksz dok adno zarysu uzyskano na zataczarce zmodernizowanej. Dok adna analiza kszta tu zarysu uzyskanego na zataczarce konwencjonalnej nie by a mo liwa ze wzgl du na brak mo liwo ci wyznaczenia zarysu wzorcowego w tej obrabiarce skok zataczania, a wi c i kszta t zarysu, ustawia si za pomoc mechanizmu d wigniowego bez dok adnej podzia ki. 3. WNIOSKI Rozwój nowoczesnych maszyn technologicznych, do których zalicza si obrabiarki, jest nieroz cznie zwi zany z post pem w zakresie sterowania, szczególnie komputerowego, i nap dów. W obecnie produkowanych obrabiarkach stosuje si prawie wy cznie serwonap dy, czyli wysokiej klasy uk ady automatycznej regulacji po o enia. Wykonane badania pokazuj, e jako powierzchni (chropowato ) frezów zataczanych na zataczarce z nap dem bezpo rednim jest lepsza ni frezów wykonanych na zataczarce konwencjonalnej przy porównywalnych parametrach skrawania. Nie ma jednak mo liwo ci oceny zarysów powierzchni zataczanych ze wzgl du na brak zarysu wzorcowego. Z rozmowy z u ytkownikami zmodernizowanej zataczarki wynika, e mimo technicznych mo liwo ci obróbki z wi kszymi parametrami (pr dko ci obrotow wrzeciona) ze wzgl du na jako powierzchni obróbk prowadzi si z mniejsz pr dko ci przy wi kszej pr dko ci znacznie pogarsza si jako powierzchni. Wydaje si, e wad zmodernizowanej zataczarki jest ma a sztywno suportu poprzecznego. W czasie budowy suportu poprzecznego tej zataczarki starano si znacznie ograniczy mas jego ruchomych elementów, która ma istotny wp yw na maksymaln cz stotliwo ruchów zataczania. Dlatego w konstrukcji suportu poprzecznego zastosowano materia o nazwie handlowej certal (stop aluminium) charakteryzuj cy si wytrzyma o ci podobn do stali. Niestety, materia ten ma znacznie mniejsz sztywno i zdolno t umienia drga ni eliwo, najcz ciej stosowane na elementy obrabiarek. By mo e zmiana rozwi zania konstrukcyjnego prowadnic poprawi aby odporno suportu na drgania.

8 4 W. Ptaszy ski LITERATURA [1] Kosmol J., Serwonap dy obrabiarek sterowanych numerycznie, Warszawa, WNT [] Ptaszy ski W., Analiza i badania symulacyjne ruchu zataczania narz dzi, sprawozdanie z bada statutowych, ITM PP, 6 (praca niepublikowana). [3] Ptaszy ski W., Linear motor applied in cross slide of relieving lathe, w: The 5 th International Conference on Advanced Engineering Design AED 6, Praga 6, CD A4.. [4] Ptaszy ski W., Staniek R., Application of Linear Drive for the Cross Slide of Relieving Lathe, w: Manufacturing Engineereing, vol. 4, Bratislava 8, s [5] Ptaszy ski W., Staniek R., Badania silnika liniowego w suporcie poprzecznym zataczarki, Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji, 8, vol. 8, nr, s [6] Wrotny L. T., Obrabiarki skrawaj ce do metali, Warszawa, WNT Praca wp yn a do Redakcji: Recenzent: prof. dr in. dr h.c. Wies aw Olszak THE RESEARCH OF ACCURACY OF TOOLS RELIEVING SURFACE S u m m a r y The fast industry development in recent years caused that the number of classical mechanical drives in machine tools has decreased. Its place took innovative numerical controlled units. The linear motion in machine tools in most cases is realized by servomotor with the ball screw assembly. Those units wear out quite fast in dynamic machines when there s need to change the motion direction very fast. One way of resolving the problem is the use of linear motor. The paper shows the results of research of relieving surface profile accuracy of tools made on two relieving lathes: conventional with cam and modernized with linear direct drive as a cross slide drive. This research reveal that surface profile machining on modernized relieving lathe has higher accuracy and less roughness of surface. Key words: the relieving process, research, profile accuracy, roughness of surface