BARYLSKI Adam 1 Konstrukcja i transport separatorów przedmiotowych na docierarkach do płaszczyzn WPROWADZENIE Docieranie powierzchni płaskich i płasko-równoległych należy obecnie do podstawowych metod ściernej obróbki bardzo dokładnej (rys.1). W przypadku jednostronnego docierania maszynowego stosowane są docierarki jednotarczowe, wyposażone w pierścienie prowadzące (najczęściej w liczbie od jednego do czterech), w których umieszcza się obrabiane elementy (zwykle w separatorach) [1]. Rys. 1. Ogólny podział docierarek tarczowych Rys. 2. Docierarka jednotarczowa: a) widok ogólny docierarki firmy Lapmaster (model 48) [8], b) schemat standardowego układu wykonawczego docierarki W standardowej docierarce jednotarczowej, tarcza docierająca 4 obraca się z prędkością kątową ω 4, zaś pierścienie prowadzące 2 z prędkością ω 2 (rys.2). Pierścienie utrzymywane są w określonym położeniu przez rolki 1, ułożyskowane w przesuwnym jarzmie 3. W docierarkach dwutarczowych, przeznaczonych do obróbki płaskich powierzchni równoległych (rys.3), separatory przedmiotowe są częścią układu obiegowego obrabiarki i poruszają rozmieszczone 1 Politechnika Gdańska, Wydział Mechaniczny; 80-233 Gdańsk, ul. G. Narutowicza 11/12, tel. +48 58 347 1982, abarylsk@pg.gda.pl 222
w nich elementy docierane, pomiędzy obracającymi się w przeciwnych kierunkach tarczami roboczymi, którymi mogą być docieraki metalowe (najczęściej żeliwne) lub narzędzia ścierne (najczęściej segmentowe) [2]. W tym ostatnim przypadku mamy do czynienia z obróbką szlifowaniem z kinematyką docierania (zwaną też mikroszlifowaniem na docierarkach). Zastosowanie dwóch stołów roboczych (pomocniczych) ułatwia czynności załadunku i rozładunku elementów obrabianych (rys.3b). a) b) Rys. 3. Widok docierarki dwutarczowej: a) DS600VP firmy Engis z jednym stołem [7], b) DLM 1005 firmy Stähli z dwoma stołami roboczymi [10] 1. WYTYCZNE DO PROJEKTOWANIA SEPARATORÓW PRZEDMIOTOWYCH Projektując separatory przedmiotowe do obróbki na docierarkach jedno- i dwutarczowych należy uwzględnić wymiary i indywidualny zarys docieranych elementów oraz ich wysokość. Stąd wynika między innymi liczba obrabianych jednocześnie przedmiotów na docierarce o określonej średnicy tarczy roboczej. Separatory, z oczywistych względów, muszą być niższe od docieranych przedmiotów. Wykonuje się je najczęściej z: blachy stalowej, w przypadku docierania elementów cienkich. Najczęściej grubość takich separatorów zawiera się w granicach od 0,1 do 3,1 mm; materiałów epoksydowych wzmocnionych włóknem szklanym (np. lamitex G-10 lub FR-4). Tworzywa te charakteryzują się względnie dużą wytrzymałością mechaniczną i odpornością na 223
absorpcję wody. Można je stosować zarówno w przypadku elementów cienkich, jak i wyższych (zakres grubości separatorów od 0,25 do 25 mm); polichlorku winylu PVC. To tworzywo termoplastyczne jest odporne zarówno na kwasy, jak i środowiska zasadowe. Jako materiał dobrze obrabialny ma tu stosunkowo duże zastosowanie praktyczne (najczęściej w zakresie grubości od 1,5 do 25 mm); phenolicu, jako materiału wzmocnionego strukturą bawełnianą, o względnie dobrej odporności na zużycie i lepszych właściwościach mechanicznych niż tradycyjne tworzywa polimerowe. Dobrze zastępuje separatory stalowe i z lamitexu w zakresie grubości od 0,3 do 19 mm; lexanu, czyli tworzywa bez włókien wzmacniających, o grubości od 0,5 do 12,7 mm; winylu, czyli materiału bardziej miękkiego i zarazem tańszego od lexanu. Stosowany jest zazwyczaj w obrabiarkach o małych średnicach tarcz docierających w zakresie grubości separatorów od 0,25 do 2 mm [5,11]. Konstruując separatory należy mieć na uwadze, aby luz między przedmiotem obrabianym a otworem osadczym w separatorze nie był większy od 0,5 do 1,5 mm. W przypadku docierania jednotarczowego, odległość pomiędzy przedmiotami a zarysem tarczy docierającej nie powinien być mniejszy niż 6 mm, przy czym w pierwszej kolejności należy rozmieszczać przedmioty w separatorach na jak największej średnicy. Przedmioty o zarysie prostokątnym położone powinny być stycznie lub prostopadle do okręgu współśrodkowego względem środka separatora. W przypadku docierarek dwutarczowych rozmieszczenie separatorów w układzie wykonawczym powinno być równomierne, podobnie jak i samych przedmiotów obrabianych w każdym z separatorów. Otwory osadcze powinny być rozmieszczone tak, aby 25-30 % powierzchni docieranej miało możliwość wybiegu poza zarys pierścienia roboczego tarczy docierającej. W przypadku docierarek dwutarczowych o mniejszych rozmiarach tarcz roboczych stosowany jest napęd zębaty separatorów; w docierarkach większych jest to zazwyczaj napęd kołkowy. Przykładowo, w docierarkach firmy PR Hoffman (przy średnicach zewnętrznych tarcz docierających od 363 do 485 mm, modele: PR-1, 1500, 1900) [5] stosowane są w separatorach zęby ewolwentowe (odpowiednio, o liczbie 32, 50 lub 85) lub uzębienie łańcuchowe (przy średnicach tarcz od 798 do 1460 mm, modele: 3100, 5400, 5700) i wtedy liczba zębów wynosi odpowiednio: 60, 100 i 110. Dla przykładu w docierarkach modelu 3100 i 5400, w separatorach przedmiotowych podziałka międzyzębna wynosi 5/8 cala, średnica kołków w pierścieniach napędowych 10,2 mm, minimalny promień wrębu 5,3 mm, zaś wysokość zęba ponad średnicę podziałową 3 mm. 2. PRZYKŁADY KONSTRUKCJI SEPARATORÓW DLA DOCIERAREK JEDNOTARCZOWYCH Przykładowe, stosowane w praktyce przemysłowej, separatory dla różnych elementów docieranych zamieszczono na rys.4. Rys. 4. Przykłady separatorów dla docierarek jednotarczowych: a) do obróbki paneli LCD, b) do obróbki pierścieni uszczelniających [4] 224
Inne przykłady zaprojektowanych separatorów z tekstolitu dotyczą obróbki na docierarce firmy Abralap (rys.5). Średnica zewnętrzna tarczy docierającej wynosi 380 mm, średnica wewnętrzna pierścieni prowadzących 144,6 mm, zaś ich wysokość 50 mm. Obroty tarczy docierającej regulowane są w zakresie do 60 min -1 [6]. Rys. 5. Widok docierarki jednotarczowej Abralap 380, dla której zaprojektowano separatory przedmiotowe: 1 dozownik zawiesiny ściernej, 2- czujnik odbiciowy SC00-1002P obrotomierza, 3- tarcza docierająca, 4- pierścień prowadzący, 5- rolka prowadząca Na rys.6 przedstawiono separator dla przedmiotu o zarysie kołowym ze stali 1.0060 (St6), zaś na rys.7 o zarysie ceownika ze stali 1.0562 (18G2A). Rys. 6. Konstrukcja: a) przedmiotu obrabianego o zarysie kołowym, b) separatora 225
40 R4 0,01 10 R4 20 7 Rys. 7. Konstrukcja: a) separatora, b) przedmiotu obrabianego o zarysie ceownika W docieraniu powierzchni czołowych elementów smukłych, jak w przypadku popychacza przedstawionego na rys.8, należy zastosować separatory składane (rys.9) podwieszane na pierścieniach prowadzących (rys.10). Rys. 8. Konstrukcja popychacza z miedzi MOOB wraz z wymaganiami obróbkowymi dla docierania 226
c) 7 1 3 4 5 6 2 Rys. 9. Konstrukcja separatora składanego: a) szkic złożeniowy: 1- górna płyta separatora, 2- dolna płyta separatora, 3- indywidualny obciążnik przedmiotu docieranego, 4- przedmiot docierany, 5- śruba łącząca, 6- nakrętka regulacyjna (M6), 7- pierścień prowadzący docierarki, b) dolna płyta separatora, c) górna płyta separatora Rys. 10. Zmodyfikowana konstrukcja pierścienia prowadzącego docierarki Abralap 380 do podwieszania separatora z rys. 9 3. PRZYKŁADY KONSTRUKCJI SEPARATORÓW DLA DOCIERAREK DWUTARCZOWYCH Przykłady stosowanych separatorów dla docierarek dwutarczowych zamieszczono na rys.11 i 12. Separatory z rys.12, wykonane ze stali 1.0050 (St5), przeznaczone są do obróbki elementów płaskorównoległych ze stali 1.0038 (St3S) na docierarce dwutarczowej AC 700P firmy Peter Wolters (średnica zewnętrzna tarczy docierającej 740 mm, maksymalne obciążenie robocze przedmiotów obrabianych 1000 dan) [9]. 227
c) Rys. 11. Przykłady separatorów dla docierarek dwutarczowych: a) do obróbki elementu płaskiego o względnie dużej średnicy, b) do obróbki soczewki o dużych wymiarach gabarytowych, c) do obróbki pierścieni płasko-równoległych [4] Rys. 12. Konstrukcja separatorów do obróbki dwustronnej elementów z rys.13: a) dla elementu nr 1, b) dla elementu nr 2 Rys. 13. Konstrukcja przedmiotów obrabianych i wymagania obróbkowe docierania: a) element nr 1, b) element nr 2 228
4. KONCEPCJA AUTOMATYCZNEGO TRANSPORTU SEPARATORÓW NA DOCIERARKACH Analizując czas załadunku i rozładunku elementów docieranych na obrabiarkach tarczowych, łatwo stwierdzić, iż stanowi on znaczny procent czasu pomocniczego operacji [3]. Wprowadzenie dodatkowych stołów pomocniczych (rys.3) umożliwia zastosowanie automatyzacji w transporcie separatorów. Przykład koncepcji zautomatyzowanego stanowiska obróbkowego, składającego się z dwóch stołów roboczych oraz dwóch manipulatorów przedstawiono na rys.14. Występowanie środkowego otworu technologicznego w separatorze umożliwia wykonanie odpowiednich czynności manipulacyjnych. W rozwiązaniu tym, elementy obrabiane wprowadzane są na stole załadowczym 1 w separatory i następnie przez manipulator 5 wsuwane w strefę obróbki przy opuszczonych kołkach wieńca zewnętrznego układu napędowego 4 (obiegowego) docierarki dwutarczowej (przy uniesionej górnej tarczy roboczej). Po zakończeniu docierania partii elementów (w tym przypadku umieszczonej w czterech separatorach) następuje rozładunek separatorów na stole odbiorczym 2 (po opuszczeniu właściwej części kołków 3) przez manipulator 6. Na skutek uniesienia separatora następuje uwolnienie przedmiotów, które mogą być dalej przetransportowane na stanowisko myjące. W przypadku zastosowania jednego stołu pomocniczego (rys.15) konieczne jest również opuszczenie części kołków w zewnętrznym wieńcu napędowym docierarki. 5. UWAGI OGÓLNE W artykule przedstawiono, z konieczności skrótowo, wytyczne projektowania separatorów przedmiotowych dla docierarek jedno- i dwutarczowych. Podano zarówno przykłady konstrukcji jednolitych, jak i składanych. Wprowadzenie dodatkowych stołów pomocniczych umożliwia automatyzację wymiany elementów docieranych oraz transport separatorów w gnieździe obróbkowym. Z uwagi na podobieństwo konstrukcyjne oraz technologiczne obróbki (głównie przez wycinanie laserowe) celowym jest wykorzystanie w warunkach produkcyjnych technologii grupowej separatorów, szczególnie w obróbce seryjnej elementów. W przypadku obróbki jednostkowej najbardziej racjonalnym rozwiązaniem jest wprowadzenie separatorów modułowych lub uniwersalnych, co znacząco zmniejszyłoby koszty magazynowe. Rys. 14. Koncepcja automatycznej wymiany elementów obrabianych i transportu separatorów w docierarce dwutarczowej 229
Rys. 15. Możliwość przemieszczenia separatora z elementami obrabianymi w docierarce dwutarczowej DLM 705 firmy Stähli [10] Streszczenie Podano wytyczne do konstruowania i opracowania technologii separatorów przedmiotowych dla docierarek jedno- i dwutarczowych do obróbki powierzchni płaskich. Zamieszczono przykłady własnych konstrukcji separatorów jednolitych i modułowych. Słowa kluczowe: docierarki tarczowe, separatory, konstrukcja Construction and transport separators for machining of flat surfaces Abstract Work gives guidelines to construction and technology drawing up of object separators for single- and double-disc lapping machines, which are used for machining of flat surfaces. In the paper sample own constructions of uniform and modular separators are presented. Keywords: disc lapping machines, separators, construction LITERATURA 1. Barylski A., Docierarki do płaszczyzn. Cz. II. Docierarki jednotarczowe. Mechanik 1990, nr 1-2. 2. Barylski A., Docierarki do płaszczyzn. Cz. III. Docierarki dwutarczowe. Mechanik 1990, nr 3. 3. Barylski A., Obróbka powierzchni płaskich na docierarkach. Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, Gdańsk 2013. 4. http://www.abb.com 5. http://www.prhoffman.com 6. Materiały informacyjne firmy Abralap. 7. Materiały informacyjne firmy Engis. 8. Materiały informacyjne firmy Lapmaster. 9. Materiały informacyjne firmy Peter Wolters. 10. Materiały informacyjne formy Stähli. 11. Ozima D., Madej M., Tworzywa sztuczne i materiały kompozytowe. Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce 2006. 230