BADANIE CYKLU PRACY PÓŁAUTOMATU TOKARSKIEGO

Transkrypt

1 POLITECHNIKA ŁÓDZKA INSTYTUT OBRABIAREK I TECHNOLOGII BUDOWY MASZYN Ćwiczenie OB.-3 Temat: BADANIE CYKLU PRACY PÓŁAUTOMATU TOKARSKIEGO Opracowanie: dr inż. Michał Krępski Łódź, 2010r.

2 Temat ćwiczenia: BADANIE CYKLU PRACY PÓŁAUTOMATU TOKARSKIEGO Cel ćwiczenia: Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z ogólną budową i przeznaczeniem półautomatu tokarskiego, oraz z przeznaczeniem i ustawieniem krzywek sterujących automatyczną częścią cyklu pracy. Program ćwiczenia: Ćwiczenie obejmuje: 1. Zapoznanie z ogólną budową półautomatu tokarskiego. 2. Zaprojektowanie ustawienia narzędzi w suportach półautomatu tokarskiego. 3. Zaprojektowanie ustawienia krzywek obwodowych sterujących przednim suportem nożowym i suportem pomocniczym z listwą. Zadanie studenta polega na wykonaniu zadań przewidzianych w programie ćwiczenia i sporządzeniu sprawozdania. Literatura 1. J. Rafałowicz Automatyka obrabiarek, skrypt PŁ, Łódź, 1969r. 2

3 1. ZASTOSOWANIE I PODZIAŁ PÓŁAUTOMATÓW TOKARSKICH Półautomaty tokarskie przeznaczone są przede wszystkim do wykonywania operacji tokarskich. Największe zastosowanie znajdują w produkcji seryjnej do obróbki wałków wielostopniowych. Spotykane są różne kryteria klasyfikacji półautomatów tokarskich. Na przykład: w zależności od położenia osi wrzeciona rozróżnia się: - półautomaty poziome, - półautomaty pionowe, w zależności od ilości wrzecion: - jednowrzecionowe, - wielowrzecionowe, w zależności od sposobu mocowania przedmiotu, - kłowe, - uchwytowe. 2. CYKL PRACY PÓŁAUTOMATÓW Cykl pracy półautomatów tokarskich składa się ze: sterowania ręcznego zakładanie i zdejmowanie przedmiotu oraz wyłączanie cyklu automatycznego, sterowania automatycznego za pomocą zderzaków i krzywek dosunięcie suportów do przedmiotu, skrawanie, odsunięcie i powrót suportów w położenie wyjściowe oraz włączanie cyklu automatycznego. Czasy pomocnicze potrzebne do zaprojektowania cyklu automatycznego i ustawienia obrabiarki są duże, ale ze względu na to, że półautomaty mają zastosowanie przede wszystkim w produkcji seryjnej, czas pomocniczy przypadający na 1 sztukę jest bardzo mały. Z tego powodu w półautomatach stosuje się bardzo nieskomplikowaną konstrukcję wrzeciennika i skrzynki posuwów. 3. DANE CHARAKTERYSTYCZNE PÓŁAUTOMATU SPM-4B Jest to półautomat tokarski, nazywany również tokarką wielonożową, produkcji francuskiej firmy SocieteParisienne de Machines Outils typ 4B, o następujących parametrach: max. średnica toczenia nad łożem mm max. średnica toczenia między suportami mm max. rozstaw kłów mm prędkości obrotowe wrzeciona: a) uzyskane przy wykorzystaniu przekładni łańcuchowej: n 1 n 8 = obr/min b) uzyskane przy wykorzystaniu przekładni pasowej: n 9 n 12 = obr/min max. wielkości wzdłużnego przesuwu suportu przedniego mm 3

4 max. poprzeczne wysunięcie suportu przedniego - 30 mm max. poprzeczne wysunięcie suportu tylnego mm ilość posuwów suportu przedniego - 8 wielkości posuwów ze standardową krzywką -0,07 0,5mm/obr moc silnika - 6 km prędkość obrotowa silnika obr/min 4. BUDOWA I SCHEMAT PÓŁAUTOMATU TOKARSKIEGO SPM-4B Ogólny widok półautomatu przedstawiono na rys. 1. Rys. 1. Ogólny widok półautomatu tokarskiego SPM-4B: 1 korpus, 2 wrzeciennik, 3 konik, 4 przedni suport nożowy, 5 tylny suport nożowy, 6 suport pomocniczy z listwą, 7 oś bębna, 8 dźwignia sprzęgła, 9 dźwignia sprzęgła automatycznego Najważniejsze zespoły półautomatu: 1. Korpus, 2. wrzeciennik, 3. konik, 4. przedni suport nożowy, 5. tylny suport nożowy, 6. suport pomocniczy z listwą, 7. oś bębna na którym są mocowane krzywki i zderzaki, 8. dźwignia sprzęgła przy napędzie wrzeciona, 9. dźwignia do włączania cyklu automatycznego. Tylny suport nożowy wykonuje tylko ruch prostopadły do osi przedmiotu i wobec tego zamocowane w nich noże służą do wykonywania wszelkiego rodzaju faz i podcięć. Przedni suport nożowy może wykonywać ruch wzdłużny, równoległy do osi przedmiotu oraz dojście i odejście od materiału w kierunku prostopadłym lub ukośnym. 4

5 5. SCHEMAT KINEMATYCZNY Schemat kinematyczny półautomatu SPM-4B przedstawiono na rys. 2. Rys. 2. Schemat kinematyczny półautomatu tokarskiego SPM-4B: 1,2 koła pasowe lub łańcuchowe, 3 wrzeciono, 4 bęben z krzywkami, 5,6 koła pasowe, 7 sprzęgło szybkich posuwów, 8 sprzęgło wolnych posuwów, 9- sprzęgło wyprzedzające, 10,11 koła pasowe Napęd z silnika za pomocą kół pasowych lub łańcuchowych (1) i (2) jest przenoszony bezpośrednio na wrzeciono (3). Suporty: przedni nożowy i pomocniczy z listwą są napędzane krzywkami mocowanymi na powierzchni bębna (4), natomiast tylny suport nożowy jest napędzany krzywką promieniową mocowaną na czole bębna. Również na czołowej powierzchni bębna jest mocowana tarcza z układem zderzaków do włączania i zatrzymywania posuwu wolnego oraz szybkiego. Na rys. 3. pokazano czołową powierzchnię bębna, na której mocuje się zderzaki do włączenia i wyłączenia posuwów szybkich i wolnych. Są tam również oznaczone kątowe położenia rolek prowadzących suporty: - przedni nożowy, pomocniczy z listwą i tylny nożowy oraz wahacze do włączania sprzęgieł ruchu szybkiego i wolnego. 5

6 Rys. 3. Zamocowanie zderzaków posuwów szybkich i wolnych: A zderzak do włączania posuwu wolnego, B zderzak do zatrzymywania posuwu szybkiego,c zderzak do zatrzymywania posuwu wolnego, D zderzak do włączania posuwu szybkiego Robocze posuwy (wolne obroty bębna) uzyskujemy z wrzeciona przez: koła pasowe (5) i (6), sprzęgło posuwów wolnych (8), przekładnię ślimakową o przełożeniu 1:17, koła zmianowe A i B, sprzęgło wyprzedzające (9), koła walcowe (przełożenie 20:30), przekładnię ślimakową o przełożeniu 1:76. Przez wymianę kół zmianowych A i B można uzyskać 8 różnych posuwów na 1 obrót wrzeciona. Szybkie jałowe ruchy suportów (szybkie obroty bębna) uzyskujemy z silnika przez koła pasowe (10) i (11), sprzęgło posuwów szybkich (7), koła zębate stożkowe (przełożenie 20:20), koła zębate walcowe (przełożenie 30:20:30) i przekładnię ślimakową o przełożeniu 1:76. Sprzęgło wyprzedzające (9) składa się z koła zapadkowego związanego z tuleją koła zębatego o liczbie zębów z=20 i zapadki związanej z osią koła B. Pozwala ono przy włączeniu sprzęgła szybkich posuwów (7) na obracanie się koła z=20 przy nieobracającej się osi koła B. 6. WYPOSAŻENIE SPECJALNE Oprócz normalnego wyposażenia w uchwyt, tarczę zabierakową, imaki nożowe, półautomat na specjalne zamówienie może być wyposażony w: 1. Trójszczękowy pneumatyczny uchwyt samocentrujący służący do szybkiego mocowania krótkich przedmiotów. Używany, ze względu na bardzo krótki czas mocowania, przede wszystkim do operacji o małym czasie maszynowym. Wówczas 6

7 skrócenie czasu mocowania nawet o kilka czy kilkanaście sekund zmniejsza znacznie stosunek czasów pomocniczych do głównych. 2. Przyrząd do obcinania i podcinania mocowany do wrzeciennika i używany przede wszystkim przy pracy z pręta. 3. Przyrząd do toczenia stożków i profilowania. Na przednim suporcie nożowym mocuje się oprawkę z przesuwnym nożem, który przy pomocy kopiału niezależnie od całego suportu, może wykonywać ruchy poprzeczne. W wyniku ruchu wzdłużnego (całego suportu) i poprzecznego (oprawka z nożem) otrzymujemy stożek lub inny kształt wg kopiału. Przy czym dla każdego kształtu przedmiotu należy zaprojektować oddzielny kopiał. 7. KINEMATYKA SUPORTÓW Tylny suport nożowy przesuwa się tylko w kierunku prostopadłym do osi przedmiotu. Wobec tego do jego napędzania użyto krzywki promieniowej zamocowanej na czołowej powierzchni bębna (rys. 2.). Odpowiednie kątowe ustawienie krzywki pozwala, za pomocą układu dźwigni i przekładni, dosunąć tylny suport nożowy w żądanej chwili na odpowiednią głębokość. Przedni suport nożowy wykonuje trzy rodzaje ruchów: ruch wzdłużny, równoległy do osi przedmiotu, ruch poprzeczny, prostopadły do osi przedmiotu, ruch ukośny. Dla uzyskania tych przesuwów zastosowano dodatkowy pomocniczy suport z listwą (poz. 6 na rys.1.). W wyniku niżej opisanej kombinacji przesuwów przedniego suportu nożowego i pomocniczego suportu z listwą uzyskujemy założone trzy rodzaje ruchów narzędzi przedniego suportu: ruch wzdłużny uzyskuje się przesuwając listwę i suport nożowy z taką samą szybkością (rys. 4a.), ruch poprzeczny uzyskuje się przesuwając listwę przy zatrzymanym suporcie nożowym (rys. 4b.). Wówczas palec połączony z suportem nożowym popycha jedno ramię przegubowo zamocowanej dźwigni, a drugie ramię dźwigni dosuwa górną część suportu przedniego prostopadle do przedmiotu, ruch ukośny uzyskuje się przesuwając suport nożowy przy nieruchomej listwie (rys. 4c.). Następuje kopiowanie listwy. 7

8 Rys. 4. Sposób uzyskania odpowiedniego kierunku ruchu przedniego suportu: a) ruch wzdłużny, b) ruch poprzeczny, c) ruch ukośny 8. PROJEKTOWANIE USTAWIENIA KRZYWEK STERUJĄCYCH SUPORTAMI Znając kinematykę uzyskiwania wymaganych przesuwów można przystąpić do projektowania ustawienia krzywek na bębnie. Rozwinięcie powierzchni zewnętrznej bębna przedstawiono na rys. 5. 8

9 Rys. 5. Ustawienie krzywek na bębnie sterującym dla założonego schematu ruchu narzędzi: a - kształt obrabianego przedmiotu, b) schemat ruchu narzędzi, c) rozwinięcie powierzchni bębna z krzywkami Podczas obrotu bębna w kierunku zgodnym ze strzałką, krzywki mocowane na lewej części bębna przesuwają rolkę suportu nożowego, natomiast krzywki z prawej części bębna przesuwają suport pomocniczy z listwą. Suporty są hamowane i z chwilą ustania naporu krzywek nie wykonują w kierunku wzdłużnym żadnych ruchów. Krzywki w żądanych kątowych położeniach bębna są ustalane za pomocą śrub. Na rys. 5a. przedstawiono kształt obrabianego przedmiotu a na rys. 5b. zamieszczono schemat założonego ruchu przedniego suportu nożowego z oznaczeniem cyframi punktów charakterystycznych oraz podaniem wartości przesuwów suportu. Sposób 9

10 ustawienia krzywek na rozwiniętej powierzchni bębna, dla rozpatrywanego schematu ruchu przedstawiono na rys. 5c. Od punktu 1 do punktu 2 występuje ukośne dosunięcie narzędzi do przedmiotu, czyli kopiowanie listwy. Wobec tego suport z listwą jest nieruchomy, natomiast pod rolką suportu nożowego podsuwamy krzywkę tak, aby suport został przesunięty osiowo o wielkość 25 mm (86 mm minus 61 mm). Od punktu 2 do 3 noże mają się przesunąć równolegle do osi przedmiotu o wielkość 61 mm. Wobec tego od położenia kątowego α 1 obydwa suporty przesuwają się z jednakową prędkością, a uzyskuje się to w ten sposób, że krzywkę sterującą suportem z listwą ustawiamy równolegle do krzywki sterującej suportem nożowym. W punkcie 3 rozpoczyna się wycofywanie narzędzi w kierunku prostopadłym do osi przedmiotu, czyli przesuwa się listwa przy nieprzesuwającym się suporcie nożowym. Należy więc tylko ustalić w którym kierunku trzeba przesunąć listwę. Patrząc od strony stanowiska roboczego widać, że przy przesuwaniu listwy w prawo, dolne ramię (palec stykający się z listwą) przegubowej dźwigni odsuwa się od przedmiotu, czyli górne ramię związane z nożami dosuwa się (patrz rys. 4. przekrój A-A). Przy przesuwaniu listwy w lewo jest odwrotnie, czyli następuje wycofanie narzędzi. W naszym przypadku przy obrocie bębna z położenia α 2 do α 4 rolka suportu nożowego stoi, a rolka suportu z listwą przesuwa się (w lewo) o wielkość l równą wielkości przesunięcia rolki suportu nożowego od 1 do 2. Od punktu 4 do 1 następuje powrót narzędzi do położenia wyjściowego, skąd rozpoczyna się przy następnym obrocie bębna nowy cykl pracy. Ustawiamy więc obie krzywki równolegle do siebie, lecz zmieniamy kierunek ich pochylenia. Przy projektowaniu krzywek należy zwrócić uwagę na to, żeby poszczególne położenia rolek suportu nożowego pokrywały się tak w pionie jak i w poziomie z odpowiednimi położeniami rolek suportu z listwą. Pozostaje jeszcze tylko ustalić w jakich położeniach kątowych bębna ma być ruch roboczy (wolny), a w jakich przyspieszony. Z punktu 1 do 2 następuje dosunięcie narzędzia ruchem szybkim. Posuw wolny należy jednak włączyć przed punktem 2, uwzględniając wielkości naddatku przeznaczonego na obróbkę. Od punktu 3 do 4 oraz od 4 do 1 należy włączyć posuw szybki ze względu na jałowe ruchy narzędzia. Może się też zdarzyć, że przy wycofaniu narzędzia należy splanować powierzchnię czołową wówczas posuw szybki włącza się dopiero po zakończeniu skrawania. 10

11 Rys. 6. Przykładowe detale do obróbki na półautomacie 11

12 9. PRZEBIEG ĆWICZENIA Zadanie 1 ZAPOZNANIE SIĘ Z OGÓLNĄ BUDOWĄ PÓŁAUTOMATU TOKARSKIEGO. W czasie wykonywania zadania należy: zapoznać się z budową półautomatu tokarskiego, zaobserwować działanie poszczególnych zespołów półautomatu, wykonać rysunek wyjaśniający zasadę działania urządzenia do toczenia stożków i profilowania. Zadanie 2 ZAPROJEKTOWANIE USTAWIENIA NARZĘDZI W SUPORTACH PÓŁAUTOMATU TOKARSKIEGO. W czasie wykonywania zadania należy: wytypować narzędzia konieczne do obróbki danego detalu z rys. 6 (wyboru detalu dokonuje prowadzący ćwiczenie), zaprojektować ustawienie narzędzi w przednim i tylnym suporcie nożowym w stosunku do przedmiotu, ustalić cykl ruchu narzędzi. Zadanie 3 ZAPROJEKTOWANIE USTAWIENIA KRZYWEK OBWODOWYCH STERUJĄCYCH PRZEDNIM SUPORTEM NOŻOWYM I SUPORTEM POMOCNICZYM Z LISTWĄ. W czasie wykonywania zadania należy: zaprojektować ustawienie krzywek obwodowych dla podanych schematów ruchu narzędzia, ustalić w jakich położeniach kątowych bębna ma być ruch roboczy, a w jakich szybki. 12