POLITECHNIKA ŁÓDZKA INSTYTUT OBRABIAREK I TECHNOLOGII BUDOWY MASZYN Ćwiczeie OB-5 Temat: SPORZĄDZANIE CHARAKTERYSTYKI TOKARKI POCIĄGOWEJ Opracowali: dr iż. W. Frocki, dr iż. D. Kwapisz Opracowaie elektroicze: mgr iż. M. Sikora Zatwierdził: prof. dr hab. iż. F. Oryński Łódź, 2010 r.
Temat ćwiczeia: Sporządzaie charakterystyki tokarki pociągowej Cel ćwiczeia: Celem ćwiczeia jest ogóle zapozaie się z podziałem tokarek, ich przezaczeiem, rodzajami prac wykoywaych a ich oraz dokłade pozaie tokarki pociągowej TUR-560 PROGRAM ĆWICZENIA Ćwiczeie obejmuje: 1. Dokłade zapozaie się z budową i działaiem tokarki pociągowej TUR-560, 2. Pomiar prędkości obrotowych wrzecioa tokarki a poszczególych biegach przy użyciu obrotomierza. 3. Wykoaie obliczeń i wykresów wg zaleceń zamieszczoych w istrukcji oraz przekazaych przez prowadzącego ćwiczeie. Literatura 1. L.T. Wroty Podstawy kostrukcji obrabiarek, WNT Warszawa 1975 r. 2. Praca zbiorowa Obrabiarki do skrawaia metali, PWT Warszawa 1961 r. 3. L. Burat Obrabiarki do metali cz.ii z.1, skrypt P.Ł. Łódź 1973 r. 4. L. Kwapisz, R.Przybył, W.Frocki Obrabiarki WPŁ Łódź 1999 r 1. WSTĘP Tokarki są podstawowymi obrabiarkami do obróbki przedmiotów o kształtach obrotowych. Podstawowe ruchy przy toczeiu rys. 1 składają się z ruchu główego w, którym jest ruch obrotowy przedmiotu obrabiaego, oraz z prostoliiowego ruchu posuwowego arzędzia p. Przy toczeiu siłę skrawaia rozkłada się a trzy składowe rys. 2. Są to: składowa główa w p Rys. 1 Podstawowe ruchy przy toczeiu lub stycza P z, składowa posuwowa P x, oraz składowa odporowa lub poprzecza P y. Średie stosuki sił P x, P y i P z przy toczeiu wzdłużym wyoszą orietacyjie: P z : P y : P x = 1 : (0.30.5) : (0.150.3) 2
P P z P x P y Rys. 2 Rozkład sił przy toczeiu 2. KLASYFIKACJA TOKAREK Tokarki ogólego przezaczeia w zależości od cech kostrukcyjych, sposobu zamocowaia przedmiotu oraz kolejości pracy arzędzi dzielą się a: 1) Tokarki kłowe a) stołowe przezaczoe do drobych robót tokarskich, wiertarskich i iych w przemyśle precyzyjymi drobej wytwórczości. Napęd wrzecioa realizoway jest za pomocą przekładi pasowej. Możliwość ustawieia a stołach umożliwiających obsługę w pozycji siedzącej b) produkcyje ie posiadają śruby pociągowej, przezaczoe do wszelkiego rodzaju robót tokarskich w wyjątkiem toczeia gwitów. Stosowae są w produkcji seryjej. Dzielą się a zwykłe ze skrzyką prędkości we wrzecieiku, oraz szybkobieże z rozdzieloym apędem wrzecioa, przystosowae do skrawaia arzędziami z węglików spiekaych c) pociągowe posiadają śrubę pociągową. Przezaczoe do wszelkiego typu robót tokarskich łączie z toczeiem gwitów. Dzielą się a uproszczoe o zawężoym zakresie zastosowaia, oraz uiwersale. Stosowae są w produkcji jedostkowej i małoseryjej d) ciężkie przezaczoe do obróbki ciężkich przedmiotów 2) tokarki tarczowe przezaczoe do przedmiotów płaskich o dużej średicy. Stosowae są w produkcji jedostkowej. Dzielą się a: a) płytowe b) z wzdłużym łożem c) z poprzeczym łożem 3) tokarki karuzelowe przezaczoe do obróbki ciężkich przedmiotów o dużej średicy i iewielkiej wysokości. Dzielą się a: a) jedostojakowe b) dwustojakowe 4) tokarki rewolwerowe 5) półautomaty i automaty toarskie 3
3. TOKARKI KŁOWE Tokarki kłowe ależą do ajbardziej rozpowszechioych obrabiarek w zakładach produk-cyjych przemysłu maszyowego. Przystosowae są oe przede wszystkim do obróbki przedmiotów zamocowaych w kłach wrzecioa i koika (stąd azwa) lub z uchwytu. Na rys. 3. przedstawioo rodzaje robót wy-koywaych a tokarkach kłowych. Przedmioty krótkie mocowae są jedostroie w uchwycie wrzecioa, dłuższe moża do-datkowo podpierać kłem koika lub specjalymi podtrzymkami. W przypadku, gdy przedmiot obrabiay ustaloy jest obustroie w kłach wrzecioa i koika, do przeiesieia mometu obrotowego podczas skrawaia stosowaa jest tarcza zabierakowa adająca ruch obrotowy przedmiotowi za pośredictwem zabieraka. Rys. 3 Podstawowe rodzaje robót tokarskich: a) awiercaie akiełka, b) toczeie wzdłuże, c) toczeie poprzecze, d) przeciaie, e) wierceie, f) rozwiercaie, g) wytaczaie otworu, h) toczeie gwitów, i) toczeie stożka, j) toczeie kształtowe ożem krążkowym, k) toczeie kopiowe, l) wygiataie (rolowaie), radełkowaie Podstawą klasyfikacji wielkości tokarek kłowych są ajwiększe wymiary przedmiotów obrabiaych. Wymiary te określoe są przez: rozstaw kłów ajwiększą średicę toczeia ad łożem ajwiększą średicę toczeia ad suportem Tokarki kłowe umożliwiają wykoaie szeregu prac specjalych koiecze jest wówczas zastosowaie dodatkowych urządzeń i przyrządów. 4. TOKARKA POCIĄGOWA TUR 560 Tokarka TUR 560 umożliwia toczeie powierzchi walcowych, czołowych i stożkowych (przy użyciu przyrządu do toczeia stożków moża obrabiać stożki do 10). Poadto moża wykoywać gwity: metrycze, calowe, modułowe i diametral-pitch prawoi lewozwoje, jedo- lub wielokrote, o powierzchi podziałowej walcowej lub stożkowej. 4
Na rys. 4 przedstawioo schemat kiematyczy apędu główego tokarki TUR 560. Obrabiarka ta ma 24 prędkości obrotowe wrzecioa (18 1800 obr/mi) stopiowaych według ciągu geometryczego. Wrzecioo otrzymuje apęd od silika elektryczego ( z = 1460 obr/mi, N = 15 kw) osadzoego a obudowie wrzecieika tokarki. Na wałkach II i IIa umieszczoy jest mechaizm sprzęgłowo-hamulcowy. Sprzęgło Sp tego mechaizmu odpowiedziale jest za załączaie i wyłączaie obrotów wrzecioa bez zatrzymywaia silika, atomiast hamulec H służy do zatrzymaia wrzecioa WR. Dwie trójki przesuwe skrzyki przekładiowej dają dziewięć prędkości obrotowych, przy czym jeda z ich jest prędkością pokrywającą się. Realizacja kolejych trzech prędkości (dla każdej z ośmiu prędkości a wałku V zapewioych przez trójki przesuwe, co daje łączie 24 prędkości), odbywa się za pomocą kół osadzoych a wałku V (po prawej stroie przegrody) oraz wałkach VI, VI i wrzecioa WR. Koła z = 56 (wałek V ) i z = 50 (wrzecioo WR) są zazębioe ze sobą a stałe 1. Przełożeie realizowae przez tę parę kół włącza się przy pomocy sprzęgła zębatego poprzez przesuiecie w lewo koła z = 24 (V). Schemat kiematyczy apędu główego tokarki pociągowej TUR-560. Drugie przełożeie realizowae jest poprzez załączeie koła z = 24 (V) z kołem z = 72 (WR) (przypadek przedstawioy a rysuku). Ostatie przełożeie realizują trzy pary kół: z = 24 (V) i z = 45 (VI), z = 15 (VI) i z = 48 (VII) i wreszcie z = 24(VII) i z = 72 (WR). Przesuwaie kół z = 24 a wałkach V i VII jest zrealizowae w taki sposób, że przemieszczeie koła a wałku V powoduje rówież przesuw koła a wałku VII, w wyiku czego koło z = 24 a wałku VII jest zazębioe z kołem z = 72 a wrzecioie tylko wtedy, gdy koło z = 24 a wałku V jest zazębioe z kołem z = 45 a wałku VI. Pośredia skrzyka przekładiowa umieszczoa we wrzecieiku służy do przeiesieia apędu z wrzecioa a wałek wejściowy przekładi gitarowej oraz do zmiay zakresu i kieruku posuwów. Przełożeie między wrzecioem i wałkiem wejściowym przekładi gitarowej może wyosić 1:1 (stosowae w przypadku toczeia lub aciaia gwitów zwykłych) lub 12:1 (stosowae przy aciaiu gwitów stromych). Przekładia gitarowa przeosi apęd poprzez cztery lub trzy koła zmiaowe. Skrzyka posuwowa składa się z trzech skrzyek przekładiowych: trójstopiowej przekładi zwielokratiającej, siedmiostopiowej przekładi zasadiczej, przekładi umożliwiającej przejście z gwitu metryczego a gwit calowy i odwrotie oraz zmiaę zakresu posuwu. W skrzyce suportowej zajdują się mechaizmy, które służą do zamiay obrotowego ruchu wałka pociągowego lub śruby pociągowej a prostoliiowy ruch suportu. Napęd mechaizmu posuwowego przeoszoy jest ze skrzyki posuwowej do skrzyki suportowej przez śrubę pociągową, albo przez wałek pociągowy. Napęd przez śrubę pociągową stosuje się tylko w przypadku toczeia gwitów. Przy wszelkich pozostałych typowych robotach tokarskich apęd przeoszoy jest przez wałek pociągowy. Podyktowae jest to tym, że śruba pociągowa jest bardzo kosztowym elemetem tokarki, dlatego też ależy ją jak ajbardziej oszczędzać. 1 Aby umożliwić prezetację trójwymiarowej skrzyki prędkości a płaszczyźie dwuwymiarowej schematy kiematycze rysuje się w rozwiięciu. Rozwiięcie to powoduje, że iektóre koła zębate które się w rzeczywistości stykają się ze sobą, muszą być arysowae w pewej odległości. Na schemacie, faktyczie połączeie kół prezetowae jest za pomocą liii przerywaej. 5
Rys. 4 Schemat kiematyczy apędu główego tokarki pociągowej TUR-560 6
5. WYKRES PIŁOWY Dla uzyskaia optymalych waruków skrawaia (trwałość arzędzia, wydajość, gładkość i dokładość obróbki) koiecze jest stosowaie ekoomiczej prędkości skrawaia obliczoej wg wzoru: V e Cv m x y T a f [m/mi] (1) gdzie: V e - prędkość ekoomicza T - trwałość ostrza a - głębokość skrawaia f - posuw C v, m, x, y - współczyiki zależe od rodzaju materiału i arzędzia oraz rodzaju obróbki d V e [m/mi] 1000 (2) a więc: gdzie: 1000V d prędkość obrotowa wrzecioa obr/mi, d średica obrabiaego przedmiotu e (3) Poieważ tokarki budowae są dla pewego zakresu średic, zwykle R D = 10, (R D rozpiętość średic stosuek średicy maksymalej d max do miimalej d mi ) to żeby dla takiego zakresu obróbka przebiegała z odpowiedią prędkością skrawaia, obrabiarka musi mieć możliwość zmiay prędkości obrotowych wrzecioa w graicach od: mi 1000 V d max do max 1000 V d Jeżeli rozwiązaie kostrukcyje apędu obrabiarki umożliwia uzyskaie dowolych prędkości od mi do max to regulację prędkości azywamy bezstopiową. Jeżeli prędkości obrotowe wrzecioa między mi i max moża zmieić tylko skokowo to taka regulacja osi azwę stopiowej. Stopiową zmiaę obrotów uzyskuje się wg dwóch podstawowych ciągów: arytmetyczego, geometryczego W obrabiarkach z reguły stosuje się stopiowaie prędkości obrotowych według ciągu geometryczego zapewiającego stałą wartość bezwzględego spadku prędkości skrawaia oraz dającego szereg uproszczeń obliczeiowych przy kostrukcji owej maszyy. Dla przypadku regulacji stopiowej obrazem fukcji: mi 7
V i d 1000 i i 1000 d [m/mi] (4) jest pęk półprostych wychodzących z początku układu współrzędych (rys. 5.) przy czym każdej wartości i odpowiada tylko jeda półprosta. Zakładając, że V A jest rówe Ve, czyli V A jest ekoomiczą prędkością skrawaia w daych warukach, moża określić maksymalą średicę toczeia dla obrotów i : 1000 V d i max [mm] (5) i awet iewielkie zwiększeie średicy toczoego przedmiotu spowoduje V A. Należy więc zmiejszyć obroty do i-1 co związae jest ze zmiejszeiem prędkości skrawaia do wartości V B. Wartość spadku prędkości skrawaia przy przejściu z wyższej prędkości obrotowej i do iższej i-1 dla stałej średicy d i określa się jako bezwzględy spadek prędkości (pioowe liie a wykresie (rys 5)). (6) V V A V B Stosuek wartości bezwzględego spadku prędkości skrawaia V do prędkości ekoomiczej V A określa się miaem względego spadku prędkości skrawaia s, który wyosi: dla ciągu geometryczego: V s 100% (7) V A 1 s 1 100% cost (8) k k 1 (9) gdzie: - iloraz ciągu geometryczego, k ilość prędkości obrotowych (biegów) wrzecioa k ajwyższa prędkość obrotowa wrzecioa w obr/mi 1 - ajiższa prędkość obrotowa wrzecioa w obr/mi podstawiając wzory (6) i (8) do zależości (7) otrzymujemy dla ciągu geometryczego: V 100 s 100 B V A 1 [m/mi] (10) 8
5.1. Rysowaie wykresu piłowego W przypadku, gdy zamy wszystkie wartości wielkości przedstawioych we wzorze /4/ arysowaie półprostych tworzących wykres piłowy sprowadza się do obliczeia współczyika kierukowego prostej i arysowaia jej. Problemy w prawidłowym arysowaiu wykresu piłowego zaczyają się gdy trzeba go arysować (aszkicować) ie mając kokretych wartości d i i. Poiżej opisao praktyczy sposób rysowaia wykresu właśie w takiej sytuacji. V A V [m/mi] 3 k-1 k k-2... 2 1 V B Rys. 5 Wykres piłowy d [mm] Rysowaie wykresu rozpoczyamy od arysowaia dwóch liii rówoległych do osi odciętych odpowiadających prędkościom V A i V B. Następie rysujemy półprostą odpowiadającą prędkości obrotowej 1. W pukcie przecięcia tej półprostej z liią V B wystawiamy odciek prostopadły do liii V B i skieroway w kieruku liii V A. Pukt przecięcia odcika z liią V A wyzacza pukt przez który musi przebiegać astępa półprosta (odpowiadająca prędkości 2 ). Prowadzimy półprostą wychodzącą z początku układu współrzędych i przechodzącą przez pukt przecięcia pioowego odcika i liii V A. Dalej postępujemy aalogiczie jak w przypadku opisaym dla półprostej odpowiadającej prędkości obrotowej 1. 6. NORMALNE CIĄGI PRĘDKOŚCI OBROTOWYCH Prędkości obrotowe wrzecio obrabiarek, wyrażoe liczbą obrotów a miutę (obr/mi) są przedmiotem ormy PN-62/M-03150. Prędkości wrzecio występujące podczas pracy obrabiarki ie są wielkościami iezmieymi; mogą oe przyjmować róże wartości zawarte w określoych graicach, zależie od dokładości przełożeń łańcucha kiematyczego, poślizgu silika spowodowaego zmiaami obciążeia i poślizgu podatych elemetów apędu (pasów). Dla celów praktyczych związaych z projektowaiem, użytkowaiem i odbiorem obrabiarek okazało się rozróżiaie czterech wartości prędkości obrotowych: teoretycze, 9
omiale, obliczeiowe, efektywe Prędkości teoretycze i omiale mają wartości ściśle ustaloe, iezmiee, atomiast prędkości efektywe i obliczeiowe mogą przyjmować wartości róże jedak zawarte w graicach toleracji. Prędkości teoretycze - t Otrzymuje się po pomożeiu liczby, z której rozwija się ciąg, przez odpowiedią potęgę ilorazu. Są to wartości dokłade. Prędkości omiale - powstają w wyiku zaokrągleia wartości teoretyczych, tworząc ciąg prędkości obrotowych Prędkości omiale są podawae a tabliczkach istrukcyjych obrabiarek i wykorzystywae przy obliczaiu czasów maszyowych obróbki. Prędkości obliczeiowe - o pojęcie prędkości obrotowych obliczeiowych o wykorzystuje się przy obliczaiu układów apędowych obrabiarek owoprojektowaych oraz obrabiarek istiejących o iezaej charakterystyce. Wartości prędkości obliczeiowych o określa się z zależości: I [obr/mi] (11) o os gdzie: I - przełożeie między wałem silika i wrzecioem obrabiarki, obliczoe a podstawie stosuków liczb zębów kół zębatych i łańcuchowych, bądź średic kół pasowych (bez uwzględieia poślizgu pasa) 2, os - obliczeiowa prędkość obrotowa silika apędowego w obr/mi. Tabela 1. Obliczeiowe prędkości obrotowe silików asychroiczych Prędkość sychroicza silika sy [obr/mi] 3000 1500 1000 750 375 Zakres poślizgów s [%] Prędkość Grupa A 2865 1435 960 720 360 14 obliczeiowa silika os Grupa B 2820 1410 945 710 355 36 [obr/mi] Grupa C 2745 1375 920 690 345 58 2 Przykład obliczeia całkowitego przełożeia I (dla przełożeia miimalego oraz maksymalego): I i mi max i i 1pp 1pp i 2s i 2s i 31 i 33 i 41 i 43 i 51 i 53 169 43 27 21 24 15 24 208 45 40 49 45 48 72 169 43 34 40 56 208 45 32 30 50 10
Prędkości obrotowe obliczeiowe os silików asychroiczych wprowadzoo w celu zapewieia zamieości silików pochodzących z różych wytwóri. Siliki te mogą mieć różiące się prędkości zamioowe, mimo tej samej mocy zamioowej i jedakowej prędkości sychroiczej. Do grupy B zaliczoo większość silików stosowaych ormalie do apędu obrabiarek. Grupa A obejmuje siliki o małych poślizgach, przeważie dużych mocy. Grupa C dotyczy silików o wyjątkowo dużych poślizgach, przeważie ajmiejszych mocy. Wartości prędkości obliczeiowych, obliczoe ze wzoru (11), powiy mieścić się w polu toleracji mechaiczej T m (rys. 6.). Toleracja ta została wyzaczoa przy założeiu odchyłek wyoszących od -2% do +3% do wartości teoretyczych t. Ujmuje oa odchyłki doboru przełożeń i obowiązuje kostruktora obrabiarki. Prędkości efektywe - e Prędkości obrotowe efektywe e mają zaczeie przy sprawdzaiu (odbiorze) obrabiarki. Wartości: miimale e i maksymale mi e ograiczają pole toleracji max całkowitej T c (rys. 6.): e max o max Tel +3% +6% o, t mi e mi Tm Tc +3% -2% Rys. 6. Toleracja prędkości obrotowych wrzecio: T m - toleracja mechaicza, T el - toleracja elektrycza, T c - toleracja całkowita T c T T (12) m el Jak widać, pole T c powstało przez dodaie do toleracji mechaiczej T m pola toleracji elektryczej T el, staowiącego koleje +3% od wartości teoretyczej. Podczas odbioru techiczego obrabiarki wartości efektywych prędkości obrotowych e wyzacza się z zależości: zs e l (13) gdzie: l - ls - zs - prędkość obrotowa wrzecioa zmierzoa przy biegu obrabiarki luzem, ls prędkość obrotowa silika zmierzoa przy biegu obrabiarki luzem i włączoej prędkości wrzecioa, która podlega sprawdzaiu, omiala prędkość obrotowa silika podaa a jego tabliczce zamioowej. Tak określoe wartości e powiy mieścić się w polu toleracji całkowitej T c. 11
7. WZÓR STRUKTURALNY, WYKRES STRUKTURALNY I WYKRES PRZEŁOŻEŃ rozdział ieobowiązkowy Wzór strukturaly: 2 3 5 7,5 13 1 : : 1: : 1: : Wykres strukturaly: (1 : : 2 3 5 7.5 13 (1 : : (1 : : Wykres przełożeń: 1410 1800 1400 1120 900 710 560 450 355 (280) 530 425 335 265 (224) 212 (180) 170 (140) 132 (112) 106 90 71 56 45 35,5 28 22,4 18 12
. 8. PRZEBIEG ĆWICZENIA ZADANIE 1 Dokłade zapozaie się z budową i działaiem tokarki pociągowej TUR-560 W czasie wykoywaia zadaia ależy: określić azwy zespołów obrabiarki oraz ruchy jakie mogą wykoywać a podaym szkicu tokarki azwać zespoły i aieść ruchy jakie te zespoły mogą wykoywać ZADANIE 2 Pomiar prędkości obrotowych wrzecioa tokarki a poszczególych biegach przy użyciu obrotomierza. W czasie wykoywaia zadaia ależy: zaopatrzyć obrotomierz w końcówkę stożkową, sprawdzić i ustawić właściwy zakres obrotomierza, korzystając z tabliczki zamioowej tokarki włączyć pierwszą prędkość obrotową, uruchomić tokarkę, dokoać pomiaru prędkości obrotowej wrzecioa dotykając końcówkę obrotomierza do kła umieszczoego w uchwycie wrzecioa, wyik pomiaru wpisać do tabeli czyości od b) do f) powtórzyć dla kolejych prędkości obrotowych ZADANIE 3 Dokoać zalecaych poiżej obliczeń. W czasie wykoywaia zadaia ależy: 1. korzystając z wzoru (13) obliczyć prędkości efektywe e, wiedząc, że: zs = 1460 obr/mi i ls = 1438 obr/mi 2. korzystając z wzoru (11) obliczyć prędkości obliczeiowe obrotowe wrzecioa w oparciu o schemat kiematyczy apędu główego. 3. uzasadić rozbieżości między wyikami pomiarów, a wyikami obliczeń, 4. obliczyć iloraz ciągu geometryczego korzystając ze wzoru (9), 5. wykoać wykresy piłowe dla a. V e =40 m/mi b. V e =80 m/mi 6. uzasadić zmiaę wielkości spadku V dla obu prędkości ekoomiczych, 7. w oparciu o wykres piłowy (V e = 80 m/mi) dobrać obroty wrzecioa przy toczeiu wałka wg załączoego szkicu i wpisać je do tabeli, 8. korzystając ze wzoru (1) dla daych: a. materiał obrabiay stal węglowa o R m = 235 N/mm 2 b. materiał arzędzia stal szybkotąca c. głębokość skrawaia a =. [mm] d. posuw f = [mm/obr] obliczyć ekoomiczą prędkość skrawaia wiedząc, że C v = 46; m = 0.125; x = 0.25; y = 0.54; trwałość ostrza T = 60 mi 13