04 Staticka krutost masina alatki.pdf

© prof.dr Lj. Lukić

Mašine alatke – koncepcijska analiza

Prof. dr Ljubomir Lukić, dipl.inž.maš.

STATIČKA KRUTOST MAŠINA ALATKI

22


Krutost mašina alatki Krutost mašine alatke je veoma važna karakteristika i obuhvata statičku i dinamičku krutost, u zavisnosti da li se noseća struktura mašine posmatra pod dejstvom statičkih ili dinamičkih opterećenja.

Kao statičko opterećenje smatra se sopstvena težina mašine alatke i sopstvena težina njenih delova, težina obratka, kao i sile rezanja pri stacionarnom režimu rada. Dinamička krutost mašine alatke podrazumeva otpornost noseće strukture na oscilovanje njenih modula pod dejstvom dinamičkih sila koje uglavnom potiču iz dinamike procesa obrade. Dinamička nestabilnost mašine alatke dovodi do netačnosti obrade, prevremenom zatupljenju alata, kao i eventuelnom oštećenju vitalnih delova mašine (glavnog vretena, ležaja i drugih komponenti).


Statičke deformacije mašina alatki Usled deformacija elemenata obradnog sistema, koje nastaju dejstvom statičkim sila, dolazi do pomeraja (ugiba) karakterističnih tačaka samog sistema. Ovi pomeraji direktno utiču na tačnost obrade.

Grupa poremećajnih faktora u obradnom procesu, koja obuhvata statičke sile sastoji se od: • • • • •

Sila rezanja, Sila stezanja, Sopstvenih težina, Sila trenja i Inercijalnih sila pri stacionarnom režimu rada.

Statički pomeraji tačaka, koji nastaju kao posledica elastičnih deformacija elemenata mašinskog sistema mašine alatke, a prvenstveno noseće strukture, predstavljaju odziv sistema.


Statičke poremećajne sile Odziv mašinskog sistema • Deformacije elemenata • Pomeraji tačaka

Poremećajne sile • Sile rezanja • Sile stezanja • Sopstvene težine • Sile trenja • Inercijalne sile


Statičke poremećajne sile Odziv mašinskog sistema • Deformacije elemenata • Pomeraji tačaka

Poremećajne sile • Sile rezanja • Sile stezanja • Sopstvene težine • Sile trenja • Inercijalne sile


Statičke deformacije mašina alatki Kao parametar suprostavljanja dejstvu statičke sile za svaki element mašinske konstrukcije ili noseće strukture mašine alatke, može se definisati statička krutost, kao odnos statičke sile i odgovarajućeg pomeraja, odnosno

Recipročna vrednost krutosti naziva se popustljivost, tj.

Krutost mašinskog sistema mašine alatke se sastoji od parcijalnih krutosti pojedinih elemenata. U opštem slučaju svi elementi mašinskog sistema se mogu posmatrati kao opruge sa krutostima Сi, koje mogu biti paralelno ili radno vezane u elastični sistem.


Statičke deformacije mašina alatki Ukupna krutost za paralelno vezane opruge, dobija se preko

Za sistem redno vezanih opruga ukupna krutost se dobija preko popustljivost, tj.

Sve statičke sile koje deluje na elemente mašine alatke, treba da imaju zatvoren tok u nosećoj strukturi mašine alatke, odnosno sve statičke sile treba da se medusobno poništavaju, kako bi se obezbedila statička krutost mašinskog sistema mašine alatke. Obezbedjenje ovog osnovnog statičkog uslova je najvažniji inženjerski zadatak, pri projektovanju nosećih strktura mašina alatki.


Zatvoren krug statičkih sila u nosećoj strukturi


Zatvoren krug statičkih sila u nosećoj strukturi


Statička krutost mašina alatki Kao jedan od parametara kvaliteta mašine alatke definiše se statička krutost, kao odnos statičke sile koja simulira silku rezanja i deluje u pravcu upravnom na obradjenu površinu obratka i relativnog pomeraja vrha alata i obratka, koji nastaje pod dejstvom pomenute sile:

Popustljivost obradnog sistema dobija se preko:

Ovako definisana statička krutost za obradni sistem ima praktičan snisao, jer pomeraj уos direktno predstavlja promenu odgovarajuće mere obratka, pošto se meri u pravcu upravnom na obradjenu površinu.


Statička krutost struga – Primer struga Ako se vrši obrada na strugu pomoću zadnjeg šiljka, pomeraji karakterističnih tačaka se uzimaju u obzir samo u horizontalnoj ravni. Pomeraji su nastali kao posledica deformacija elemenata mašinskog sistema glavnog vretena (V), alata (A), nosača alata (NA), obratka (O) i šiljka (Š) pod dejstvom statičke sile F, koja odgovara sili prodiranja pri struganju i koja je upravna na obradjenu površinu obratka. Glavno vreteno (V)

Obradak (O)

Alat (A) Nosač alata (NA)

F

Zadnji šiljak (Š)


Statička krutost struga – Primer struga

Zadnji šiljak (Š)

Glavno vreteno (V) Obradak (O)

Alat (A) Nosač alata (NA)

F


Statička krutost struga – Primer struga Krutosti za nosač alata, glavno vreteno i zadnji šiljak se odredjuju prema izrazima (kao odnos sile i pomeraja):

Popustljivost mašinskog sistema se odredjuje preko popustljivosti njegovih komponenti (kao recipročna vrednost statičkih krutosti):

Na kraju se prema ovom izrazu, može definisati popustljivost struga, kao obradnog sistema:


Statička karakteristika Uzimajući u obzir široke radne mogućnosti mašina alatki, raspon mogućih statičkih sila u pogledu intenziteta, pravca i smera dejstva vrlo je veliki. Zbog toga se za mašinu alatku, kao poseban sistem i njene vitalne komponente, eksperimentalno odredjuju statičke karakteristike. Zbog izraženog histerezisa, tj „zaostajanja“ u toku rsterećenja, ova karakteristika se naziva i histerezis dijagram. Inače veličina histerezisa zavisi od kvaliteta sklopova mašine alatke, a u prvom redu od kvaliteta naležućih površina izmedju kinematičkih modula.

F [N]

F1max

0

Y [μm] Δ Y'


Statička karakteristika Za odredjivanje statičkih karakteristika potrebno je za svaki konkretan slučaj postaviti odgovarajuću eksperimentalnu organizaciju sa eksperimentalnom opremom. Iz statičke karakteristike odredjuje se statička krutost preko

gde je Δ mera zazora, pošto pored zazora obuhvata i plastične kontaktne deformacije. Svaki proizvodjač mašina alatki ima obavezu da sprovede detaljna statička ispitivanja, prema standardizovanoj proceduri. Iz eksperimentalno odredjenih histerezis dijagrama dobijaju se numeričke vrednosti statičkih krutosti, koje prema izvršenim ispitivanjima iznose: • Za univerzalne strugove 22 - 45 N/μm, • Za glodalice 22 N/μm i • Radijalne bušilice u rasponu od 2,5 - 17 N/μm , zavisno od položaja prenosnika za srednji visinski položaj konzole.


Veličina statičkih deformacija Statički pomeraji, koji nastaju kao posledica elastičnih deformacija mašine alatke, a predstavljaju odnos statičkih sila i statičke krutosti imaju poseban značaj za tačnost obrade. Karakter i veličina statičkih sila zavisi od uzroka koji uslovljavaju njihovu pojavu u toku izvodjenja obradnog procesa: • Sile rezanja – zavise od metoda obrade, elemenata režima obrade, obradljivosti materijala aobratka i alata, geometrije alata i njegove pohabanosti, tehnoloških uslova obrade, hladjenja, ... • Sile stezanja – zavise od vrste steznog pribora i načina stezanja obratka, moraju obezbediti sigurno stazanje obratka i alata, i moraju da imaju što manji uticaj na tačnost obrade, • Uticaj sopstvenih težina – može biti značajan kod većih delova, • Sile trenja – zavise od veličine normalnih sila i veličina trenja izmedju relativno pokretnih delova (one se mogu smanjiti podmazivanjem), • Inercijalne sile – po svom statičkom dejstvu, imaju značajan uticaj kod neuravnoteženih obrtnih delova na mašinama alatkama.


Veličina statičkih deformacija Krutost elemenata mašina alatki zavisi od više faktora, ali najviše zavisi od: • • •

Opterećenja, Materijala i Geometrije elemenata.

Uticaj opterećenja je direktan preko statičkih sila koje opterećuju odredjene elemente u napadnim tačkama vitalnih modula mašina alatki. Uticaj materijala na veličinu krutosti se ogleda preko vrednosti modula elastičnosti i modula smicanja kao karkateristika materijala od kojih je uradjena noseća struktura mašie alatke. Skup geometrijskih parametara nekog elementa, i to površina poprečnog preseka, aksijalni i polarni moment inercije poprečnog preseka i dužina, predstavljaju jedan od najvažnijih uticaja na veličinu krutosti. S druge strane, za geometrijski složene elemente nosećih struktura, način orebrenja i ukrućenja.


Statičke poremećajne sile

Krutost Opterećenje • Mesto i pravac dejstva sila i momenata Materijal • Modul elastičnosti • Modul smicanja Geometrija • Dužina • Površina poprečnog preseka • Momenti inercije poprečnog preseka • Način oslanjanja

Opterećenje • Sile rezanja • Sile stezanja • Sopstvene težine • Sile trenja • Inercijalne sile

Opterećenje Pomeraj = Krutost


Eksperimentalno ispitivanje statičke krutosti Statička krutost mašina alatki se ispituje eksperimentalno, tako što se vrši spoljašnje opterećenje posebnim hidruličkim ili mehaničkim uredjajem, i pri tome se dinamometrom meri sila opterećenja, a merenje karakterističnog pomeraja se meri komparaterom ili nekim drugim meernim uredjajem. Pri ispitivanju se opterećenje postepeno povećava u smeru sile rezanja i to do odredjene vrednosti, koja neće izazvati trajne deformacije na mašini, pa se zatim vrši rasterećenje. Krive opterećenja i rasterećenja se ne poklapaju (histerezis). Pri prvom opterećenju se poništavaju zazori u sklopovima mašine alatke. Zbog toga je pri svakom sledećem ispitivanju razlika krivih opterećenja i rasterećenja je manja. Ovaj proces se ponavlja sve dotle dok se povratna tačka približno ne poklopi sa polaznom tačkom opterećenja. Kada se završe ispitivanja u jednom smeru dejstva sile opterećenja, tada se promeni smer opterećenja i ponovi eksperiment. Ovakva ispitivanja se mogu uraditi za svaki modul mašine alatke, da bi se ustanovila statička krutost celog mašinskog sistema.


Eksperimentalno ispitivanje statičke krutosti F +F

y

-F

y''

y

y'


Eksperimentalno ispitivanje statičke krutosti Glavno vreteno

Komparater Nosač alata Okretanjem ručice vrši se opterećenje i rasterećenje

Radni sto

Dinamometar


Statička krutost mašina alatki Ukupne vrednosti statičkih krutosti za pojedine vrste mašina alatki su odredjene preporukama i standardima, za odredjen stepen tačnosti obrade koju treba mašina alatka da ostvari u toku eksploatacije.

Posebno je važno da statička krutost bude ujednačena kod pojedinih modula kako bi se opterećenje ravnomerno rasporedjivalo, a to znači, da npr. ukoliko je veća statička krutost glavnog vretena kod struga od statičke krutosti zadnjeg šiljka, tada će doći do većag pomeraja šiljka u odnosu na pomeraj glavnog vretena, pa će obradak da „beži“ od alata usled manje statičke krutosti šiljka. U tom slučaju takav strug neće moći da obezbedi potrebnu cilindričnost obratka, već će obradak umesto cilindra imati blagi konus većeg prečnika prema šiljku struga kao modulu sa manjom statičkom krutosti od glavnog vretena.

04 Staticka krutost masina alatki.pdf

Recommend Documents