Curs Proiectarea Dispozitivelor 2014 .

Dispozitive pentru Sisteme de Fabricaţie

5

CUPRINS CAPITOLUL 1........................................................................................................................................ 8 INTRODUCERE .................................................................................................................................... 8 1.1. DEFINIŢIE – LOCUL ŞI ROLUL DISPOZITIVELOR ÎN SISTEMELE DE FABRICAŢIE ................................ 8 1.2. CONDIŢII CERUTE DISPOZITIVELOR .............................................................................................. 10 1.3. CLASIFICAREA DISPOZITIVELOR ................................................................................................... 12 1.4. STRUCTURA DISPOZITIVELOR ....................................................................................................... 14 CAPITOLUL 2 ...................................................................................................................................... 15 ROLUL DISPOZITIVULUI DE ORIENTARE ŞI FIXARE A SEMIFABRICATULUI ÎN SISTEME FLEXIBILE DE FABRICAŢIE .......................................................................................................................... 15 CAPITOLUL 3 ...................................................................................................................................... 22 METODOLOGIA GENERALĂ DE CONCEPŢIE, PROIECTARE ŞI EXECUŢIE A DISPOZITIVELOR ............................................................................................................................................. 22 3.1. INTRODUCERE .............................................................................................................................. 22 3.2. ALGORITMUL DE PROIECTARE A DISPOZITIVELOR ........................................................................ 23 3.3. ANALIZA ECONOMICĂ A UTILIZĂRII DISPOZITIVELOR ................................................................. 235 CAPITOLUL 4 ...................................................................................................................................... 29 PRINCIPII DE ORIENTARE A SEMIFABRICATELOR (OBIECTELOR) ÎN DISPOZITIVE .... 29 4.1. ORIENTAREA ŞI BAZELE DE ORIENTARE ....................................................................................... 29 4.2. NATURA GEOMETRICĂ A ELEMENTELOR CARE DETERMINĂ BAZELE DE ORIENTARE ..................... 31 4.3. ORIENTAREA SEMIFABRICATELOR PE PRINCIPALELE TIPURI DE BAZE ........................................... 31 4.3.1 Orientarea semifabricatelor pe suprafeţe plane .................................................................. 32 4.3.2 Orientarea semifabricatelor pe suprafeţe cilindrice ............................................................ 35 4.3.3. Orientarea semifabricatelor pe suprafeţe conice ................................................................ 43 4.3.4. Orientarea semifabricatelor pe suprafeţe sferice exterioare şi interioare .......................... 45 4.4. SIMBOLIZAREA ORIENTĂRII SEMIFABRICATELOR ÎN DISPOZITIVE ................................................. 47 CAPITOLUL 5 ...................................................................................................................................... 54 TIPURI DE ELEMENTE DE ORIENTARE A SEMIFABRICATELOR ......................................... 54 5.1. REAZEME PRINCIPALE PENTRU SUPRAFEŢE PLANE ....................................................................... 54 5.1.1. Reazeme fixe ........................................................................................................................ 54 5.1.2. Reazeme principale reglabile .............................................................................................. 58 5.1.3. Reazeme principale autoreglabile ....................................................................................... 60 5.2. REAZEME PRINCIPALE PENTRU SUPRAFEŢE CURBE ....................................................................... 64 5.2.1 Prisme de orientare .............................................................................................................. 64 5.2.2. Controlul prismelor de orientare ........................................................................................ 67 5.2.3. Bolţuri şi dornuri cilindrice de orientare ............................................................................ 69 5.3. ELEMENTE DE ORIENTARE PE SUPRAFEŢE CONICE ........................................................................ 72 CAPITOLUL 6 ...................................................................................................................................... 76 PRECIZIA ORIENTĂRII SEMIFABRICATELOR ÎN DISPOZITIVE............................................. 76 6.1. INTRODUCERE .............................................................................................................................. 76 6.2. CALCULUL ERORILOR DE ORIENTARE A SEMIFABRICATELOR ÎN DISPOZITIVE ............................... 76 6.3. CALCULUL ERORILOR DE ORIENTARE A SEMIFABRICATELOR PE SUPRAFEŢE PLANE ..................... 77 6.3.1. Influenţa abaterilor dimensionale asupra erorilor de orientare ......................................... 77 6.3.2. Influenţa abaterilor de la poziţia relativă a suprafeţelor asupra erorilor de orientare. ..... 81

6


6.4. CALCULUL ERORILOR DE ORIENTARE A SEMIFABRICATELOR PE SUPRAFEŢE CILINDRICE EXTERIOARE ......................................................................................................................................................

82 6.4.1. Orientarea pe prisme .......................................................................................................... 82 6.4.2. Orientarea în bucşe ............................................................................................................. 85 6.5. CALCULUL ERORILOR DE ORIENTARE PE SUPRAFEŢE CILINDRICE INTERIOARE ............................. 86 6.6. CALCULUL ERORILOR DE ORIENTARE A SEMIFABRICATELOR PE SUPRAFEŢE CONICE ................... 90

CAPITOLUL 7 ...................................................................................................................................... 91 PRINCIPII DE FIXARE A SEMIFABRICATELOR ÎN DISPOZITIVE........................................... 91 7.1. INTRODUCERE .............................................................................................................................. 91 7.2. FORŢE DE REGLARE UTILIZATE ÎN CONSTRUCŢIA DISPOZITIVELOR ............................................... 91 7.3. FORŢELE ŞI MOMENTELE DIN PROCESUL DE PRELUCRARE ............................................................ 93 7.4. FORŢELE DE FIXARE ..................................................................................................................... 95 7.7. SCHEME CARACTERISTICE DE FIXARE .......................................................................................... 96 CAPITOLUL 8 .................................................................................................................................... 101 TIPURI DE MECANISME DE FIXARE A SEMIFABRICATELOR ÎN DISPOZITIVE .............. 101 8.1. INTRODUCERE ............................................................................................................................ 101 8.2. PROIECTAREA ŞI CONSTRUCŢIA MECANISMELOR DE FIXARE CU PANĂ........................................ 102 8.2.1. Pana ca element de fixare şi autofrânare .......................................................................... 103 8.2.2 Tipuri de mecanisme de fixare cu pană ............................................................................. 105 8.4. TIPURI DE MECANISME DE FIXARE CU EXCENTRIC ...................................................................... 107 8.4.2 Excentrici circulari ............................................................................................................ 107 8.5. TIPURI DE MECANISME DE FIXARE CU FILET ............................................................................... 116 8.5.1.Calculul mecanismelor de fixare cu filet ............................................................................ 116 8.5.2.Elemente specifice fixării cu filet ....................................................................................... 119 8.5.3.Tipuri de mecanisme de fixare cu filet ............................................................................... 124 8.5.4. Mecanisme de fixare cu filet şi bridă L .......................................................................... 129 8.5.5. Proiectarea mecanismelor de fixare simultană în mai multe puncte cu filet şi pârghii .... 131 CAPITOLUL 9 .................................................................................................................................... 135 TIPURI DE DISPOZITIVE DE ORIENTARE ŞI FIXARE A SEMIFABRICATELOR ÎN DISPOZITIVE .................................................................................................................................................... 135 9.1. TIPURI DE DISPOZITIVE DE ORIENTARE ŞI FIXARE CU PRISME...................................................... 136 9.2. TIPURI DE DISPOZITIVE DE ORIENTARE ŞI FIXARE CU PÂRGHII .................................................... 140 9.3. TIPURI DE DISPOZITIVE DE ORIENTARE ŞI FIXARE CU PÂRGHII ŞI FĂLCI MOBILE.......................... 145 9.4. TIPURI DE DISPOZITIVE DE ORIENTARE ŞI FIXARE CU PENE ŞI PLUNJERE ..................................... 147 9.5 PROIECTAREA ŞI CONSTRUCŢIA DISPOZITIVELOR DE ORIENTARE ŞI FIXARE CU PENE ŞI LAMELE, PENE ŞI SEGMENŢI ........................................................................................................................................... 149 9.6. PROIECTAREA ŞI CONSTRUCŢIA DISPOZITIVELOR DE ORIENTARE ŞI FIXARE CU BUCŞE ELASTICE.150 9.7. TIPURI DE DISPOZITIVE DE ORIENTARE ŞI FIXARE CU BUCŞE ELASTICE CU PEREŢI SUBŢIRI ......... 156 9.8. PROIECTAREA ŞI CONSTRUCŢIA DISPOZITIVELOR DE ORIENTARE ŞI FIXARE CU BUCŞE ELASTICE DE TIP BURDUF (GOFRATE) ................................................................................................................................... 159 9.9. TIPURI DE DISPOZITIVE DE ORIENTARE ŞI FIXARE CU INELE ELASTICE ........................................ 160 9.10. PROIECTAREA ŞI CONSTRUCŢIA DISPOZITIVELOR DE ORIENTARE ŞI FIXARE CU MEMBRANE PLANE ............................................................................................................................................................. 163 CAPITOLUL 10 .................................................................................................................................. 166 LOCUL ŞI ROLUL DISPOZITIVELOR DE MANIPULARE AUTOMATĂ ÎN SISTEMELE FLEXIBILE DE FABRICAŢIE ........................................................................................................................ 166 10.1. INTRODUCERE .......................................................................................................................... 166 10.2. PROCESE DE FABRICAŢIE ŞI SISTEME DE FABRICAŢIE................................................................ 167 CAPITOLUL 11 .................................................................................................................................. 171 FUNCŢIILE ŞI STRUCTURA DISPOZITEVELOR DE MANIPULARE AUTOMATĂ (DMA) 171 11.1. INTRODUCERE .......................................................................................................................... 171 11.2. DEPOZITE ................................................................................................................................. 175


7

11.2.1. Structuri de depozite........................................................................................................ 175 11.2.2. Buncăre ........................................................................................................................... 178 11.2.3. Acumulatoare (stivuitoare) .............................................................................................. 181 11.2.4. Magazine ......................................................................................................................... 185 11.2.5. Palete............................................................................................................................... 187 11.2.6. Containere ....................................................................................................................... 189 11.3. DISPOZITIVE ŞI ELEMENTE DE CAPTARE-EXTRAGERE ............................................................... 190 11.4. DISPOZITIVE DE TRANSFER....................................................................................................... 201 11.4.1. Dispozitive de transfer scurt (DTS) gravitaţionale ......................................................... 202 11.4.2. Dispozitive de transfer scurt cu aport de energie ............................................................ 208 11.5. DISPOZITIVE ŞI ELEMENTE DE ORDONARE ................................................................................ 228 11.6. PRINCIPIILE CONSTRUCŢIEI DISPOZITIVELOR (ELEMENTELOR) DE ORDONARE .......................... 231 11.6.1. Dispozitive de ordonare care lucrează după principiul selectării .................................. 231 11.6.2. Dispozitive (elemente) de ordonare cu injecţie de energie .............................................. 234 11.6.3. Dispozitive (elemente) de ordonare gravitaţionale (cu modificarea orientării) ............. 237 11.6.4. Dispozitive de ordonare inteligente................................................................................. 243 11.7. DISPOZITIVE (ELEMENTE) DE NUMĂRARE/DOZARE .................................................................. 243 11.8. DISPOZITIVE (ELEMENTE) DE SEPARARE/REUNIRE.................................................................... 247 11.9. DISPOZITIVE DE MĂSURARE ŞI CONTROL .................................................................................. 252 11.10. DISPOZITIVE DE SORTARE ...................................................................................................... 265 11.11. CONVEIOARE ......................................................................................................................... 267 BIBLIOGRAFIE .................................................................................................................................. 273


8

PARTEA I NOŢIUNI GENERALE PRIVIND DISPOZITIVELE MECANICE

CAPITOLUL 1 INTRODUCERE 1.1. Definiţie – locul şi rolul dispozitivelor în sistemele de fabricaţie Dispozitivul poate fi definit ca un component auxiliar al unui sistem tehnic, constituind o unitate din punct de vedere tehnologic, constructiv şi funcţional, alcătuit din elemente cel puţin în parte solide, ale căror legături le permite o mobilizare limitată şi care rămân în serviciu în repaus relativ, care stabileşte şi menţine orientarea semifabricatelor sau sculelor, putând prelua şi funcţii ale maşinilor-unelte sau ale operatorului uman. În construcţia de maşini sistemul tehnic este sistemul tehnologic M.D.S.P: maşină-unealtă-dispozitiv, sculă semifabricat, (piesă). Semifabricatul este elementul care suferă transformări, preluând forme şi dimensiuni, cerute în scopul utilizării lui. Scula reprezintă elementul primar, care acţionează în mod nemijlocit asupra semifabricatului. Maşina-unealtă realizează forţele şi mişcările necesare sculelor (sau semifabricatului). Ţinând cont de formele şi dimensiunile variate ale pieselor din construcţia de maşini, precum şi cerinţele ce se impun privind respectarea acestora, caracteristicile sistemului tehnologic vor trebui mereu schimbate, adaptate la condiţiile impuse de piesa de prelucrat. Această modificare a caracteristicilor şi performanţelor sistemului tehnologic este foarte bine realizată de dispozitive. Se poate spune că dispozitivele constituie verigi de legătură în orice sistem tehnic, cu o parte, sau cu totalitatea elementelor componente. Locul dispozitivului în sistemul tehnologic elastic M.D.S.P. şi legăturile cu acesta este reprezentat în fig.1.1. Din analiza fig.1.1 care reprezintă locul dispozitivelor folosite la prelucrări pe maşini-unelte, rezultă că acestea au legături biunivoce cu toate elementele sistemului. Din aceasta rezultă că rolul dispozitivelor în principal este de a orienta suprafeţele de prelucrat ale semifabricatelor în raport cu traiectoriile tăişurilor principale ale sculelor şi de a menţine orientarea în tot timpul acţiunii sculei asupra semifabricatului.


9

Pe lângă acest principal rol a dispozitivelor, în cadrul unui proces tehnologic, folosirea unor dispozitive proiectate, construite şi exploatate raţional conduce la următoarele roluri ale dispozitivelor. Legătura prin Piesa a) creşterea productivităţii interacţiunea din de muncii procesul de prelucrat aşchiere Studiile întreprinse de unele instituţii de specialitate au arătat că în Legătura prin ultimii ani regimurile de aşchiere au elemente de crescut foarte mult (viteza de aşchiere orientare şi fixare de 3-5 ori şi timpii de bază au fost reduşi aproximativ de 3-5 ori), în timp Legătura prin ce productivitatea muncii în aceiaşi SCULA elemente de reglare sau DISPOZITIV AŞCHIETOARE perioadă a crescut de numai două ori. ghidare Neconcordanţa dintre cele două elemente, creşterea regimului de Legătura prin aşchiere şi productivitatea muncii, elemente de rezultă ca o consecinţă de reducere orientare şi fixare numai a timpilor de bază. Nu s-a dat suficientă atenţie asupra fenomenelor Legătura prin care condiţionează reducerea timpilor MAŞINA elemente de orientare şi UNEALTĂ auxiliari. Din analiza normei de timp fixare rezultă că în cazul diferitelor tipuri de maşini-unelte că timpul de bază Figura 1.1 – Legătura dispozitivului cu sistemul variază între 22-60%, restul de 40tehnologic de fabricaţie 78% reprezentând timpii consumaţi în special cu activităţi de orientare , fixare şi desfacerea semifabricatelor pe şi de pe maşinile-unelte şi alte activităţi auxiliare. Dispozitivele au rolul de a reduce sau a elimina parţial aceşti timpi auxiliari, conducând la creşterea productivităţii muncii şi implicit la reducerea preţului de cost al prelucrării. Acest lucru se va realiza în principal prin:  eliminarea parţială sau totală a operaţiilor de trasare, care sunt operaţii scumpe, necesitând un volum mare de muncă înalt calificată;  reducerea timpilor necesari pentru orientarea şi fixarea semifabricatelor şi a sculelor aşchietoare;  reducerea timpilor auxiliari prin fixarea simultană a unui semifabricat în mai multe locuri sau a mai multor semifabricate în acelaşi dispozitiv;  suprapunerea timpilor auxiliari cu cei de maşină utilizând dispozitive multiple;  mecanizarea activităţilor necesare orientării, fixării şi desfacerii semifabricatelor. b) mărirea preciziei de prelucrare Acest rol al dispozitivelor trebuie dat la concepţia de ansamblu a dispozitivului, de eliminare a erorilor subiective ale elementelor acestora. Dispozitivele îndeplinesc acest rol datorită următorilor factori:  orientarea suprafeţelor de prelucrat faţă de tăişul sculei se obţine în mod automat.

10


 sunt eliminate erorile de trasare şi de verificare a orientării suprafeţelor de prelucrat. Acest lucru asigură o interschimbabilitate totală a pieselor prelucrate în dispozitive, conducând la creşterea productivităţii muncii la operaţiile de asamblare. c) reducerea efortului fizic; prin mecanizarea şi automatizarea operaţiilor de fixare şi desfacere a semifabricatelor:  se elimină efortul necesar verificării poziţiei suprafeţelor de prelucrat în raport cu traiectoriile tăişurilor principale ale sculelor;  prin introducerea în cadrul dispozitivelor a unor sisteme de ridicare, rotire, blocare;  prin asigurarea condiţiilor corespunzătoare de muncă, din punct de vedere al normelor de tehnica securităţii muncii. d) lărgirea posibilităţilor tehnologice ale maşinilor-unelte Existenţa dispozitivelor face posibilă lărgirea gamei de exploatare a maşinilorunelte, reduce timpul de asimilare a unor produse noi în fabricaţie, cu cheltuieli minime de investiţii, îmbunătăţeşte precizia şi rigiditatea precum şi randamentul unor maşini-unelte uzate moral sau fizic. Acest rol al dispozitivelor este foarte eficient în condiţiile economiei de piaţă, nou create, când au apărut o serie de societăţi comerciale mici şi mijlocii, unde numărul redus de maşini-unelte şi starea lor, în majoritate cu o înaintată uzură morală, unde introducerea unor dispozitive corespunzătoare le pot aduce la parametrii tehnologici performanţi.

1.2. Condiţii cerute dispozitivelor Orice dispozitiv, pentru a corespunde rolului pentru care a fost proiectat şi executat trebuie să îndeplinească următoarele condiţii de bază:  să fie concepute şi realizate cu un grad de mecanizare sau automatizare corespunzător, pentru a asigura o creştere a productivităţii muncii, în raport cu efectuarea fără dispozitive a aceloraşi operaţii;  să fie concepute şi realizate astfel încât să asigure piesei prelucrate precizia corespunzătoare condiţiilor impuse prin desenul de execuţie;  să fie realizate suficient de rigide, pentru a permite aplicarea unor regimuri de aşchiere corespunzătoare, prevenind apariţia vibraţiilor şi păstrând în timp precizia prescrisă;  să contribuie la reducerea efortului fizic şi la asigurarea securităţii muncii în timpul exploatării;  să fie comode, uşor de transportat, de depozitat şi de orientat şi de fixat pe maşinile-unelte;  să fie de construcţie simplă, uşor de executat, întreţinut şi reparat, cu cheltuieli minime;  să permită scoaterea şi introducerea uşoară şi comodă a semifabricatelor, să permită evacuarea aşchiilor şi a lichidului de răcireungere;  să cuprindă în ansamblul lor cât mai multe elemente normalizate sau standardizate, reutilizabile la schimbarea fabricaţiei.


11

Analiza corectă a tuturor acestor condiţii ridică, la proiectarea dispozitivelor, o seamă de probleme deosebit de importante privind alegerea soluţiilor constructive ale dispozitivelor. Aceste soluţii, trebuie să răspundă deopotrivă condiţiilor de calitate, de cost, de productivitate, fiabilitate, precizie, protecţia muncii etc., impuse în mod diferenţiat la fiecare caz de prelucrare. Modelul sistemului structural al dispozitivului este prezentat în fig. 1.2.

SF

1

DOF GO-I

2

3

8

EO

7 GO-VII

5

ES

5

GO-II

EOF

5

C

M-U

SA

GO-V 5 ELMU

5

5

GO-III

EF

6 GO-VI

ERGS

GO-IV 4

Fig. 1.2 – Sistemul structural al dispozitivului


12

1.3. Clasificarea dispozitivelor Clasificarea dispozitivelor se face după următoarele criterii :  destinaţie : după rol; după funcţii (fig. 1.3)  după gradul de specializare;  după modul de acţionare;  după tipul prelucrărilor.

Figura 1.3 – Clasificare dispozitivelor


13

După cum rezultă din schemă, dispozitivele se clasifică, în funcţie de destinaţie, în trei mari categorii:  dispozitive de lucru - care se utilizează direct în procesul de prelucrare pe maşini-unelte;  dispozitive de asamblare - utilizate la asamblarea pieselor;  dispozitive de control – utilizate la efectuarea controlului pieselor prelucrate. După rolul pe care-l îndeplinesc, dispozitivele se clasifică astfel :  dispozitive de orientare şi fixare a semifabricatului sau a sculei, care au rolul de a asigura acestora o poziţie bine determinată faţă de direcţiile unor mişcări date (mişcările de generare a suprafeţelor );  dispozitive de divizare, care deplasează liniar, circular sau după o traiectorie complexă semifabricatul sau scula, permiţând efectuarea repetată a prelucrării în mai multe puncte, situate de regulă echidistant;  dispozitive de manipulare, care preluând funcţiile operatorului uman, asigură realizarea automată a tuturor operaţiilor de manipulare, reclamate de sistemul de producţie;  dispozitive de prelucrare-care realizează singure mişcarea de generare a suprafeţelor de prelucrat sau contribuie la acesta, preluând astfel funcţii ale maşinii-unelte. Aceste dispozitive pot asigura şi funcţii de orientare şi fixare a semifabricatelor sau a sculelor, După tipul prelucrării, complexitate, grad de specializare, modul de acţionare, dispozitivele se clasifică conform fig. 1.4.

Figura 1.4 – Schema de clasificare a dispozitivelor


14

1.4. Structura dispozitivelor Structura dispozitivelor este influenţată de tipul de dispozitiv şi variază în limite foarte largi de la dispozitiv la dispozitiv. Cu toate acestea se întâlnesc la toate dispozitivele o serie de elemente principale comune. O structură a dispozitivelor este prezentată în fig. 1.5. Ţinând cont de rolul dispozitivelor şi condiţiile cerute acestora pentru realizarea lor sunt necesare o serie de elemente cum sunt:  elemente necesare orientării semifabricatelor (EO), numite reazeme;  elemente şi mecanisme necesare menţinerii orientării în timpul procesului de prelucrare numite elemente de fixare (EF);  elemente şi mecanisme de orientare şi fixare (EOF);  elemente de legătură a dispozitivului cu maşina-unealtă (ELMU);

Figura 1.5 – Schema structurii dispozitivelor

 elemente de reglare, ghidare sau conducere a sculelor aşchietoare, care condiţionează poziţia reciprocă dintre dispozitiv şi sculă (ERGS);  elemente de bază pe care sunt asamblate toate elementele şi mecanismele din structură, denumit corpul dispozitivului (C);  elemente de asamblare;  elemente speciale (ES), mecanizare, automatizare, protecţie. La dispozitivele rotitoare sau deplasabile intervin şi elemente sau mecanisme specifice, pentru ridicarea, rotirea, deplasarea, indexarea şi blocarea elementelor.


15

CAPITOLUL 2 ROLUL DISPOZITIVULUI DE ORIENTARE ŞI FIXARE A SEMIFABRICATULUI ÎN SISTEME FLEXIBILE DE FABRICAŢIE În prezent, pe plan mondial, în întreaga economie apare fenomenul de schimbare frecventă a produselor, fenomen impus de evoluţia rapidă a cercetării ştiinţifice. Acest fenomen a produs creşterea ponderii seriei producţiei de serie mică şi medie în defavoarea producţiei de serie mare şi masă. Pentru realizarea rapidă a adaptabilităţii sistemului de producţie la noile cerinţe s-a impus realizarea unor celule şi sisteme flexibile de fabricaţie. Pe plan mondial sunt utilizate diferite concepţii privind instalaţiile flexibile de producţie, de la centre de prelucrare până la sistemul flexibil de fabricaţie cu flux de piese şi scule asistate de calculator. Structura unui sistem flexibil de fabricaţie se compune dintr-o anumită specificaţie de module tipizate şi dintr-un număr de părţi specifice care pot fi componente cu rol funcţional sau interfeţe. De exemplu în cazul unui sistem robotizat, maşinile unelte şi robotul industrial reprezintă modulele tipizate, iar părţile specifice cu rol funcţional sunt reprezentate de dispozitivul de apucare al robotului, dispozitivele de orientare şi fixare a semifabricatelor pe maşinile – unelte şi dispozitivele de intrare şi ieşire din sistem. Panourile de concentrare a diferiţilor senzori introduşi în sistem au rol de interfeţe. Dispozitivul de orientare şi fixare a semifabricatelor (DOF Sf.), ca parte componentă cu rol funcţional al sistemelor flexibile de fabricaţie trebuie să fie conceput, proiectat şi realizat în condiţiile integrării optime a funcţiilor sale de bază în ansamblul general informaţional, informatic şi constructiv al acestuia. În schema din figura 2.1 sunt prezentate sisteme operaţionale tehnologice (SOT) clasice şi anume: de prelucrare (P), de controlul pasiv (CP), de controlul activ (CA), de asamblare (A) de unde rezultă complexitatea unei asemenea abordări. La nivel de structură (SOT) este alcătuit din două componente, componenta umană (OM) şi componenta tehnologică (STH), STH este alcătuit din subsistemul obiectivului procesului (OP) care poate fi: semifabricatul ce se prelucrează (Sf), piesa ce se controlează (PC) sau produsul ce se realizează în procesul de asamblare (PR). Din sistemul tehnic (ST) , în funcţie de tipul (SOT), face parte : maşina unealtă (MU), dispozitivul de orientare şi fixare al semifabricatului (DOFSf), scule aşchietoare (SA), dispozitivul de control activ (DCA), de control pasiv (DCP), dispozitivul de asamblare (DA) şi din alte componente în funcţie de gradul de mecanizare şi automatizare. Dacă reţinem din sistemul tehnologic de prelucrare cuplele organologice care stabilesc legăturile constructiv funcţionale între componentele sistemului respectiv, precum şi fluxurile energetice de bază (FE), fluxul energetic al semifabricatului (FE Sf) şi fluxuri ce se întâlnesc în cadrul procesului de aşchiere (PA) şi localizând analiza (DOFSf), conform figurii 1.5.


16

Figură 2.1 – Sisteme operaţionale tehnologice clasice

Se remarcă şapte grupe organologice componente ale sistemului structural constructiv, având funcţiile prezentate în tabelul 2.1. Tabelul 2.1. Grupa organologică I II III IV V VI

Cod

Funcţia în sistemul structural de dispozitive

EO EOF EF EPSA ELI(C) ELMU

VII

ES

Elemente şi mecanisme de orientare Elemente şi mecanisme de orientare şi fixare Elemente şi mecanisme de fixare Elemente de poziţionare (ghidare) a sculelor aşchietoare Elemente de legătură. Corpul dispozitivului. Elemente de legătură cu maşina – unealtă Elemente speciale : mecanizare, automatizare, indexare, protecţia muncii.

Utilizarea DOFSf în cadrul sistemelor flexibile de fabricaţie impune necesitatea de mecanizare şi automatizare a acestora. Pentru analiza nivelului de mecanizare şi automatizare a dispozitivului de orientare şi fixare se precizează principalele faze prin care trece semifabricatul în cadrul unui proces tehnologic de prelucrare. Procesul tehnologic se consideră ca fiind alcătuit dintr-o succesiune logică de segmente de proces, iar un segment de proces fiind sistemic alcătuit din patru module de bază. În figura 2.2. se prezintă structura modulară a segmentelor de proces tehnologic evidenţiindu-se (SPT)k şi cele două segmente de continuitate (SPT)k-1 şi (SPT)k+1. Din (SPT)k, modulul (M1) reprezintă modulul de intrare (IUK) cu funcţia de alimentare a (STH)k, reprezentând în acelaşi timp şi faza (FO1) prin care trece semifabricatul.


17

Figura 2.2 – Structură modulară a segmentelor de proces tehnologic

Modulul (M2) este modulul în care Sf trece succesiv prin următoarele faze : (FO2) – orientare în dispozitiv, (FO3) – fixarea de reglare şi principală în dispozitiv, (FO41) – prelucrarea Sf într-o anumită poziţie, (FO51) – schimbarea poziţiei Sf, (FO42) – prelucrarea Sf în noua poziţie, etc. Modulul (M3) – modulul de ieşire (Iek) eliberează Sf din dispozitiv (FO8) şi îl scoate din (STH)k , faza (FO7). Modulul (M4) este modulul de transfer (TRkk+1) realizând funcţia (FO8) trecerea Sf de la segmentul (SPT)k la (SPT)k+1. Nivelul de automatizare al unui dispozitiv se apreciază după numărul fazelor cuprinse în sistemul automat. Automatizarea completă a unui dispozitiv încadrată în ansamblul general de automatizare a ciclului de lucru al maşinii – unelte şi al sistemului de transfer conduce la automatizarea complexă a STH, cu salturi importante în domeniul calităţii şi productivităţii muncii. Totuşi acest tip de automatizare are un mare dezavantaj, necesitându-se reglaje specifice Sf pentru totalitatea segmentelor din proces. Deci rigiditatea tehnologică este mare sau flexibilitatea tehnologică mică. În schema din figura 2.3. este prezentată caracteristica de flexibilitate a unui SOT de prelucrare din construcţia de maşini (SOT – P – CM).

Figura 2.3 – Caracteristica de flexibilitate a unui SOT

18


Pentru un grad de flexibilitate mărit din punct de vedere al Sf (GFSf) presupune un set de mărimi de intrare specificate pe schema bloc ( x1…xn), pentru care maşinile – unelte, sculele aşchietoare şi sistemele de transfer (MU – SA – TRSf) trebuie să răspundă printr-un grad corespunzător de flexibilitate (GFMU-SA-TR). Acest grad de flexibilitate este asigurat de centrele de prelucrare, celulele şi sistemele flexibile de prelucrare deservite de manipulatoare şi roboţi industriali cu diferite nivele de inteligenţă artificială. Apare necesitatea asigurării şi de către (DOFSf) a unui grad de flexibilitate (GFD) corespunzător, cerinţă posibilă prin trecerea de la (DOFSf) clasice la (DOFSf) flexibile. Apar astfel modificări structurale deosebit de importante în SOT, prezentate în figura 2.4. Legăturile structurale sunt reprezentate cu linie continuă şi cele funcţionale cu linie discontinuă. În acest caz, componenta umană (OM) din (SOT) clasic devine sistemul operator (SO) în SISFLEX (sisteme flexibile), cu două componente: sistemul operator uman (SOU), cu funcţii de instalare a Sf în (DOFSf) la un post de încărcare sau funcţia de supraveghere.

Figura 2.4 - Sisteme operaţionale tehnologice automatizate

Şi sistemul tehnologic de prelucrare şi control se modifică radical (STH), obiectul procesului devenind un sistem paletizat (SP), compus în varianta maximală din (Sf), (DOFSf), dispozitiv de mişcare (DM) şi paleta P. Legăturile indicate în figura 1.5. indică succesiunea operaţiilor de formare a sistemului paletizat în diferite variante. (ST) suferă şi el transformări. Apare centrul de prelucrare (CP) care de regulă conţine o maşină – unealtă cu comandă program, un depozit de scule aşchietoare cu cod de adresare, de unde sunt manevrate de o mână mecanică (MM) şi instalate în capetele de lucru de la (MUCP). Legătura dintre (CP) şi (SP) este realizată de un robot industrial de


19

alimentare cu sisteme paletizate (RIA), un robot industrial de transfer (RIT) şi un robot industrial de deservire a centrului de prelucrare (RID).

Figura 2.5

Acceptând concepţia arhitecturală potrivit căreia un act de funcţii generează structurile specifice, în figura 2.5. se prezintă aplicarea acestei concepţii în cadrul (DOSf) din sistemele flexibile. Astfel au fost generate 31 de grupe organologice care formează sistemul structural al dispozitivului în SFF, sistem paletizat prezentat în figura 2.6.

Figura 2.6 – Grupe organologice care formează sistemul structural al dispozitivului în SFF

Sistemul paletizat este un ansamblu de componente bine definite realizat în conformitate cu un plan structural, cu fluxuri de materiale, energie şi informaţii specifice, integrate în sistemul flexibil de fabricaţie.


20

În figura 2.7. a, b, c sunt redate trei variante posibile ale lucrului în sistemul de transfer. Variantele II şi III acceptă ca sistem flotant sistemul paletizat (SP).

Figura 2.7.a

Figura 2.7.b

Figura 2.7.c


21

În tabelul 2.2 se prezintă problematica orientării şi fixării precum şi a controlului acestei orientări la diferite nivele de structură a sistemului paletizat. Tabelul 2.2 Sistemul de O şi F Sf Sf + DOF Sf

Sistemul de C. al O şi F DOF

Recunoaştere Sf

GR – ED

DM

Recunoaştere DOF

GR – FOF

P

Recunoaştere DM

Senzori de orientare

+

DOF + DM Sf + DOF +

DM

rα; tβ; (x,y,z+-)

Senzori de orientare şi fixare

MU (CP)

Recunoaştere P

P

Recunoaştere DOF

GR – EF

MU (CP)

Recunoaştere P

Senzori de fixare Sr; sp

rα; tβ; (x,y,z+-) sr; sp

P Sf + DOF Sf +

DOF P


22

CAPITOLUL 3 METODOLOGIA GENERALĂ DE CONCEPŢIE, PROIECTARE ŞI EXECUŢIE A DISPOZITIVELOR

3.1. Introducere Privind dispozitivele ca o parte componentă a sistemului tehnologic elastic M.D.P.S., se constată că diversitatea maşinilor, a pieselor şi a sculelor, precum şi varietatea acţionărilor folosite, au condus la necesitatea şi existenţa unei mari diversităţi de dispozitive, de la cele mai simple până la ansambluri de mare complexitate, mecanizate sau automatizate. Mulţimea tipurilor de dispozitive, în diverse variante constructive, realizate evident în variante discutabile şi fără stăpânirea unor baze teoretice de proiectare sau fără respectarea unor principii clare de proiectare au frânat multă vreme abordarea aspectelor de fond ale proiectării dispozitivelor. Potrivit unor metode vechi, bazate pe rutina proiectantului, dispozitivele se proiectează fără efectuarea unor calcule ale erorilor de orientare, ale forţelor de fixare, ai parametrilor funcţionali, ceea ce face ca de multe ori acestea să nu-şi realizeze rolul funcţional privind asigurarea preciziei, sau se obţin dispozitive subdimensionate sau supradimensionate, ceea ce măreşte gabaritul şi preţul de cost al acestora. În ultima perioadă, proiectarea şi realizarea dispozitivelor trece printr-o radicală transformare. Problemele care se pun la proiectarea şi realizarea dispozitivelor, privind precizia obţinută la orientarea semifabricatelor (a sculelor), la stabilirea poziţiei punctului (punctelor) de aplicaţie, direcţia, sensul şi mărimea forţelor de fixare, la alegerea mecanismelor optime de acţionare etc., precum şi preocupările privind realizarea pe baze ştiinţifice, a celor mai avantajoase soluţii constructive ale dispozitivelor, demonstrează tendinţe în continuă creştere de formare a unei noi baze în proiectarea dispozitivelor. Toate aceste activităţi metodice trebuie să conducă la o soluţie optimă de dispozitiv, prin aceasta înţelegând soluţia care are eficacitatea tehnică şi economică maximă posibilă, în condiţii reale impuse. Calitatea unui dispozitiv depinde de metoda de concepţie, dar în egală măsură şi de cunoştinţele teoretice, de experienţa în domeniu, de spiritul analitic şi creativ al proiectantului. Un bun proiectant de dispozitive trebuie să posede o matrice clară şi completă a soluţiilor tehnice (“schemele morfologice specifice”) în limbajul metodelor analitice de creativitate tehnică, care pot realiza funcţiile dispozitivelor, să posede cunoştinţe teoretice şi practice în tehnologia prelucrării, să aibă o bună informare pe teren, privind condiţiile în care vor lucra dispozitivele, să fie informat la zi cu realizările în domeniul dispozitivelor etc.


23

3.2. Algoritmul de proiectare a dispozitivelor Practica de proiectare a dispozitivelor poate fi concepută în două situaţii distincte, şi anume:  dispozitive reprezentând un produs al societăţii comerciale, produs în serie şi destinat desfacerii – în acest caz, dispozitivele având în general caracter universal, vor fi concepute, proiectate şi omologate de serviciile concepţie, care vor urmări obţinerea originalităţii şi performanţe care să asigure cererea pieţei de desfacere în condiţii corespunzătoare de rentabilitate.  dispozitive având caracter special sau specializat - face parte din echipamentul tehnologic al societăţii comerciale; în acest caz concepţia şi proiectarea revin serviciilor tehnologice, iar execuţia având caracter de unicat, revine sculăriilor. Obiectivele principale ale concepţiei sunt legate de siguranţa funcţională a soluţiilor adoptate, precizia şi productivitatea prelucrării pentru care este destinat dispozitivul, tehnologicitatea, costul, termenul de execuţie, etc. În acest caz originalitatea soluţiilor nu reprezintă un scop în sine, preferânduse utilizarea unor soluţii tehnice, parţiale sau chiar globale, verificate, concretizate în elemente, subansamble şi ansambluri tipizate care au funcţionalitate şi performanţe tehnologice sigure. Analogia - extrapolarea, generalizarea prin folosirea şi combinarea soluţiilor tehnice cunoscute reprezintă metoda de creaţie care se recomandă în primul rând la concepţia echipamentului tehnologic special. În practică, calitatea unui proiect se apreciază şi după ponderea elementelor tipizate pe care le conţine. În cazul cel mai general, etapele ce se necesită a fi respectate la concepţia şi proiectarea unui dispozitiv sunt prezentate în fig. 3.1., care reprezintă o variantă a unei secvenţe a metodologiei SEFA [B1] (stadii, etape, faze, activităţi), completată cu elemente de ingineria valorii [2], prelucrate în mod corespunzător pentru obţinerea unei operativităţi sporite în activitatea reală de proiectare. De la caz la caz, ordinea etapelor poate fi schimbată iar parte din ele pot fi suprimate. În practica curentă de concepţie şi proiectare a dispozitivelor speciale, documentaţia tehnică este rareori însoţită de partea scrisă sau breviar de calcul; de obicei ea este concretizată în desenele de ansamblu şi detaliu ale pieselor netipizate, acestea sintetizând rezultatele parcurgerii de cele mai multe ori mintal , al etapelor menţionate în schemă. Temele de proiectare ale dispozitivelor rezultă din procesul tehnologic, respectiv din planurile de operaţii în care se găsesc şi majoritatea datelor iniţiale. Ele pot fi formulate şi separat, în care caz se indică semifabricatul de prelucrat, suprafeţele de prelucrat, maşina-unealtă, programul de fabricaţie, tipul acţionării, etc. Analiza temei de proiectare are drept scop înţelegerea condiţiilor impuse dispozitivelor şi stabilirea în ansamblu a posibilităţilor de realizare a acestora (precizie, productivitate, termene etc.). În acest caz proiectantul studiază şi îşi însuşeşte procesul tehnologic de prelucrare a piesei, se pune de acord cu constructorul şi cu tehnologul, propunând eventuale modificări a formei piesei, moduri de cotare, toleranţe, tehnologie, etc. Datele iniţiale se referă la :  desenele piesei finite şi ale semifabricatului; materialul acestuia, starea (recopt, normalizat, etc.).

24

Dispozitive pentru Sisteme de Fabricaţie  proprietăţi fizico-mecanice, dimensiuni, toleranţe, etc.; itinerarul tehnologic; planurile de operaţii din care să rezulte parametrii regimului de aşchiere, timpii de bază, auxiliari, tipul sculelor, verificatoarelor, maşinaunealtă, secţia; programul anual de fabricaţie etc.


25

Fig. 3.1 - Etapele concepţiei, proiectării şi construcţiei dispozitivelor

Studiul tehnico-economic şi stabilirea soluţiei de ansamblu cuprinde : analiza pe baza programului anual de fabricaţie, perspectivele de producţie în viitor (serie unică, repetabilă), tipul fabricaţiei (individuală, serie mică, mijlocie, mare), timpul de pregătire al fabricaţiei, ponderea timpilor ajutători, precizia de prelucrare impusă, frecvenţa fixărilor, etc., după care proiectantul decide :  validarea temei de proiectare propusă de tehnolog; sau modificarea ei;  numărul pieselor care se vor prelucra simultan;  tipul dispozitivului: special (serie mare), specializat (tehnologie de grup), universal normal (unicat, serie mică), sau reglabil (serie mijlocie) şi de asemenea posibilitatea folosirii directe sau prin adăugare şi completare a dispozitivelor, accesoriilor maşinilor-unelte, sau alte dispozitive existente (obţinându-se economii de timp, de materiale, de energie);  gradul de mobilitate : fix, mobil, cu divizare liniară, unghiulară, etc.;  tipul mecanismului de acţionare a fixării;  În capitolele următoare se prezintă modul de abordare a principalelor etape de proiectare a dispozitivelor.

3.3 Analiza economică a utilizării dispozitivelor Analiza economică a dispozitivelor se face de regulă la dispozitivele de complexitate mai ridicată, când există mai multe soluţii conturate, sau când un dispozitiv universal sau special trebuie înlocuit cu altul, precum şi la pregătirea unei fabricaţii noi. Analiza economică a dispozitivelor poate fi făcută în două moduri: a) -prin verificarea condiţiei de rentabilitate şi calculul economiilor anuale rezultate în urma introducerii dispozitivelor b) -prin determinarea lotului optim de produse pentru mai multe variante de dispozitive care pot realiza aceaşi operaţie de fabricaţie. a. Analiza economică prin verificarea condiţiei de rentabilitate Condiţia de rentabilitate a introducerii unui dispozitiv poate fi exprimată prin relaţia : E  Na  QD (3.1) iar economiile anuale se pot calcula cu relaţia : Ea  E  Na  QD (3.2) în care: E=eficacitatea economică (economia lei/buc.); Na=programul anual de fabricaţie (buc./an); QD=cheltuieli anuale (lei/an) - ocazionat de introducerea şi exploatarea dispozitivelor considerate; Na=reprezintă una din datele initiale de proiectare dată in tema de proiectare


26

Eficienţa economică se poate calcula cu relaţia:      C C (3.3) E  1  0,01R  N T 1  S1  1  E1   N T 2  S 2  2  E 2  D1 D2      în care: R=reprezintă regia secţiei de fabricaţie în care se va utiliza dispozitivul ; NT1 şi NT2 = normele de timp pentru operaţie, înainte şi după introducerea dispozitivelor; S1 şi S2 = retribuţiile tarifare orare ale muncitorilor, înaine şi după introducerea dispozitivelor; C1 şi C2 = costurile maşinii-unelte, înainte şi dupa echipare cu dispozitiv; D1 şi D2 = duratele normate în ore ale maşinii unelte pâna la amortizare ; E1 şi E2 = costurile energiei consumate (după puterile instilate);

La calculul normelor de timp NT1 şi NT2, se ia în considerare pe lângă reducerea timpilor de bază ca urmare a intensificării regimurilor de aşchiere, a prelucrării simultane a mai multor piese, şi reducerea timpilor auxiliari pentru fixarea şi defixarea pieselor , pentru comenzile manuale, pentru măsuratori şi reglări la dimensiune, etc., aceştia fiind afectaţi substanţial de dispozitive. Trebuie să se ţină cont de retribuţiile tarifare orare S1 şi S2, care se diferenţiază şi anume, cu cât dispozitivul este mai bun, cu atât S 2 scade în raport cu S1, întrucât ele realizează în mod automat anumite faze care reclamă muncă mai calificată. Cheltuielile QD ocazionate de introducerea şi exploatarea dispozitivelor constau în cheltuieli de proiectare, execuţie, întreţinere, exploatare şi amortizare. Ele se exprimă prin relaţia:

QD  K P  K A  K E   C D

(3.4)

în care: KP= 0,1…0,5-reprezintă coeficientul cheltuielilor de proiectare; KA= 1/Dex-reprezintă coeficientul de amortizare; Dex= durata estimată de exploatare a dispozitivelor măsurată în ani; Dex= 1 an –pentru dispozitive simple; Dex= 2 ani-pentru dispozitive de complexitate medie; Dex= 5 ani- pentru dispozitive de complexitate ridicată; KE= coeficient de exploatare; KE  0,005-0,3 CD= costul dispozitivului Costul dispozitivului poate fi determinat pe bază de deviz antecalculat, postcalculat, asimilări de preţuri de la dispozitive asemănatoare, a preţurilor de catalog.


27

Costul dispozitivului se poate calcula şi aproxima cu relaţia: CD= nr  cr (3.5) în care: n r = total de repere ale dispozitivului (din tabelul de componenţă al desenului de ansamblu); c r = costul mediu al unui reper component; Costul mediu al unui reper component poate fi determinat static, pe baza costurilor postcalculate ale unor dispozitive asemănătoare, sau prin adoptarea unor valori aproximative. X-lei/reper pentru dispozitive simple; 1,30X-lei/reper pentru dispozitive de complexitate medie; 2X-lei/reper pentru dispozitive de complexitate ridicată; Analiza economică prezentată are avantajul că eficacitatea economică rezultă direct în lei/an, după ce obligă proiectantul la un studiu valoric, al tuturor elemenelor de ordin tehnic, organizatoric şi economic ale dispozitivelor introduse. b.Analiza economică prin determinarea lotului optim de produse Determinarea eficienţei economice se va face cu urmatoarea formulă: R   Ei , j  1  N Ti S i  N Tj S j  (lei/an)  100 

(3.6)

unde: R -reprezintă regia secţiei de fabricaţie în care se va utiliza dispozitivul; NTi şi NTj – timpi normaţi în cele doua variante comparate (ore); Si şi Sj – retribuţiile tarifare orare în cele doua variante comparate (lei/buc.); Determinarea lotului critic de piese, pentru care variantele comparate au aceeaşi eficienţă economică, se determină cu relaţia:

N cri , j 

Ci  C j Ei , j

(buc/an)

(3.7)

în care: Ei,j = este eficienţa economică determinată cu relaţia (3.6); Ci şi Cj –se determină cu relaţia:

 K p 1  Ci    K e   C D (lei/an)  Dex 

(3.8)

şi sunt cheltuielile anulate pentru dispozitiv, unde: Kp=0,1…0,5 -reprezintă coeficientul cheltuielilor de proiectare; KE=coeficient de exploatare(=0,005…0,3); Dex=durata de amortizare a dispozitivului, conform celor prezentate anterior;


28

Pentru dispozitivele universale KP=0 deoarece costul proiectării dispozitivelor universale se includ în costul dispozitivului CD exprimat de relaţia (3.5). Norma de timp se determină cu relaţia:

NT 

t pi NP

 tb  t a  t d  t0

(3.9)

unde : tpi=timp de pregătire- încheiere; tb=timp de bază; ta=timp auxiliar necesar fixării şi defixării semifabricatului în dispozitiv, timp de reglare, măsurare, etc. td=timp de deservire tehnică şi organizatorică; t0=timp de odihnă şi necesităţi fiziologice; Np=numărul de piese din lot; Concluzii Se vor trage concluzii necesare cu privire la modul de proiectare a dispozitivelor, astfel încât să se asigure prin introducerea unui dispozitiv nou o creştere a productivităţii muncii şi o sporire a eficienţei economice.

Figura 3.2 Reprezentare grafică a variaţia eficienţei economice (E)

În figura 3.2 se prezintă grafic variaţia eficienţei economice (E) în funcţie de numărul de piese (NP), în variantele comparate (i) şi (j). La un număr de piese egal NxNcr  Ei

(3.10) (3.11)


29

CAPITOLUL 4 PRINCIPII DE ORIENTARE A SEMIFABRICATELOR (OBIECTELOR) ÎN DISPOZITIVE 4.1. Orientarea şi bazele de orientare Pentru a prelucra un semifabricat acesta poate fi instalat direct pe masa maşinii-unelte, sau în dispozitiv, într-o anumită orientare univoc determinată faţă de direcţia de deplasare a sculei de prelucrare. În acest fel scula poate fi reglată la cotă fie după trasaj, fie după elementele de reglare ale dispozitivelor, astfel încât, teoretic, toate semifabricatele (obiectele) fixate în dispozitiv vor avea suprafeţele prelucrate la aceleaşi dimensiuni, sau pe aceleaşi suprafeţe. Operaţia prin care i se stabileşte semifabricatului o poziţie bine determinată în dispozitiv, faţă de direcţiile unor mişcări date ale sculei impuse de cerinţele procesului de generare a suprafeţelor de prelucrat, poartă denumirea de orientare. Reglarea dispozitivului pe maşina-unealtă, sau pe un sistem de transport, întro poziţie univocă în raport cu scula, în conformitate cu condiţiile impuse procesului de prelucrare, poartă denumirea de poziţionare. Cele două faze orientarea şi poziţionarea determină situarea semifabricatului (obiectului) la un anumit moment. Orientarea se compune din mai multe faze distincte, care în funcţie de geometria semifabricatului şi cerinţele procesului de prelucrare, pot fi: aşezări, ghidări, sprijiniri, centrări, poziţionări unghiulare. Elementele geometrice ale semifabricatului (obiectului) faţă de care se determină poziţia suprafeţelor ce urmează a fi generate poartă denumirea de baze. Având în vedere funcţionalitatea unora dintre acestea, sau contribuţia lor la realizarea orientării, se disting următoarele categorii de baze: a) Baze de cotare sau de măsurare, reprezentate prin plane, drepte sau puncte faţă de care se determină poziţia suprafeţelor ce urmează a fi prelucrate. Astfel la prelucrarea găurii de diametru d, în semifabricatul din fig.4.1, suprafeţele A şi B reprezintă baze de cotare. Aceste baze pot fi reale (fig.4.1 a), sau imaginare (fig.4.1 b), unde baza de cotare este axa de simetrie a unei găuri existente în semifabricat; b) Baze de orientare - formate din suprafeţe, muchii sau puncte după care se face orientarea semifabricatului în dispozitiv, pornind direct sau indirect de la condiţiile funcţionale. Aceste baze pot coincide total sau parţial cu cele de cotare sau pot fi complet distincte. Astfel, dacă pentru orientarea semifabricatului din fig.4.1 a se folosesc ca baze de orientare suprafeţele A şi B, în vederea prelucrării găurii de diametru d, bazele de cotare coincid cu bazele de orientare. Un caz particular de suprapunere a bazelor de cotare cu cele de orientare îl reprezintă semifabricatele la care poziţia suprafeţei de generat este dată faţă de un element geometric imaginar (fig. 4.1 b). Pentru orientare, în acest caz trebuie să se folosească suprafeţele reale E, ale găurii prelucrate anterior, a cărui axă de simetrie este bază de cotare a găurii de

30


prelucrat; deci baza de orientare fiind imaginară este materializată prin suprafeţe reale, dispuse simetric în raport cu baza teoretică considerată. Alegând pentru orientare suprafeţele D şi B, avem o coincidenţă parţială a celor două tipuri de baze, iar dacă alegem suprafeţele C şi D pentru orientare, bazele de cotare şi orientare sunt complet distincte. Dacă bazele de orientare se suprapun peste cele de cotare, ele se numesc baze principale şi prin intermediul lor se asigură precizia maximă de orientare; când sunt altele decât cele de cotare, ele se numesc baze secundare, iar folosirea lor introduce erori de orientare. Elementele de dispozitiv care vin în contact cu baze de orientare, anulând grade de libertate poartă denumirea de reazeme principale.

Figura 4.1 – Schemă pentru definirea bazelor

c) baze auxiliare - nu participă la orientarea semifabricatului, nefiind legate funcţional prin cote de acestea; bazele auxiliare leagă grade de libertate determinate de închiderea circuitului forţelor de fixare a semifabricatului, de preluare a forţelor de inerţie, de eliminare a vibraţiilor etc. Elementele de dispozitiv care vin în contact cu aceste baze se numesc reazeme auxiliare.


31

4.2. Natura geometrică a elementelor care determină bazele de orientare Cu toate că există o varietate foarte mare de forme şi dimensiuni a semifabricatelor care se prelucrează în dispozitive, se constată că în procesul de orientare rolul bazelor reale îl deţin, de regulă elementele geometrice de tip suprafaţă şi mai rar elementele geometrice de tip linie sau punct. În procesul de orientare interesează raportul dintre dimensiunile suprafeţelor de orientare, raport care defineşte sub aspect dimensional două categorii de suprafeţe: suprafeţe lungi şi suprafeţe scurte. În figura 4.2 sunt prezentate tipurile de elemente geometrice care definesc bazele de orientare, clasificate după formă şi dimensiuni.

Figura 4.2 – Clasificarea elementelor geometrice ale bazelor de orientare

4.3. Orientarea semifabricatelor pe principalele tipuri de baze Prin orientarea semifabricatelor în dispozitiv se realizează preluarea totală sau parţială a gradelor de libertate ale acestora, cu scopul de a le asigura o poziţie bine determinată în vederea prelucrării sau verificării.

32


4.3.1 Orientarea semifabricatelor pe suprafeţe plane Orice corp în spaţiul tridimensional dispune de şase grade de libertate, care raportate la sistemul de axe se reduc la trei translaţii de-a lungul axelor şi trei rotaţii în jurul axelor (figura 4.3). Pentru a asigura o poziţie univocă a semifabricatului faţă de acest sistem de coordonate, care reprezintă şi sistemul axelor de coordonate ale maşinilor - unelte este necesar să-i anulăm semifabricatului şase grade de libertate. Prin aşezarea semifabricatului pe planul xoy se anulează acestuia trei grade de libertate şi anume: o translaţie Tz şi două rotaţii Rx, Ry, figura 4.4.a. Suprafaţa care asigură preluarea a trei grade de libertate se numeşte bază de aşezare. Dacă semifabricatul vine în contact cu planul xoz , fig.4.4.b, se preiau încă două grade de libertate şi anume: o translaţie T y şi o rotaţie Rz. Suprafaţa care asigură preluarea a două grade de libertate se numeşte bază de ghidare. Prin contactul semifabricatului cu planul yoz, fig.4.4.c, se preia acestuia ultimul grad de libertate şi anume translaţia Tx. Această suprafaţă se numeşte bază de sprijin sau rezemare. Alăturând toate planele de referinţă ale sistemului şi orientând semifabricatul simultan pe ele se obţine o poziţie univocă a acestuia în spaţiu. La orientarea în dispozitive însă contactul dintre semifabricat şi dispozitiv nu se face pe plane perfecte ci pe suprafeţele reale ale semifabricatului şi dispozitivului. care, prezentând abateri Figura 4.3 – Situarea unui corp în spaţiu de la planeitate, pot determina aşezarea incorectă a semifabricatului.

Figura 4.4. – Stabilirea bazelor de orientare


33

Din acest motiv contactul dintre semifabricat şi dispozitiv este bine să se facă practic pe zone mici, teoretic considerate puncte. În cazurile considerate este suficient pentru determinarea bazei de aşezare trei zone de contact pentru a determina un plan, două zone de contact pentru a determina baza de ghidare, adică o dreaptă şi o zonă de contact pentru a determina baza de sprijin. Elementele dispozitivului care materializează aceste zone de contact se numesc reazeme (de aşezare, de ghidare, de sprijin), figura 4.5: Numărul punctelor (reazemelor) pe care semifabricat este orientat în dispozitiv nu este obligatoriu să fie numai trei pentru aşezare, două pentru ghidare şi unul pentru sprijin. În cazul pieselor rigide orientarea se poate face pe mai multe zone sau chiar pe suprafeţe întinse dacă acestea sunt îngrijit prelucrate. Practica a demonstrat că orientarea în dispozitiv a Figura 4.5 – Materializarea bazelor de orientare semifabricatelor depinde de mai mulţi factori legaţi în primul rând de condiţiile impuse suprafeţelor de generat (de prelucrat), rigiditatea semifabricatului, calitatea prelucrării bazelor acestuia şi de poziţia punctului de aplicare a forţei de aşchiere şi de fixare în raport cu poziţia reazemelor. Bazele de orientare a semifabricatului se simbolizează în schemele de orientare ţinând cont de tipul suprafeţei de orientare, numărul gradelor de libertate anulate, tipul elementului de orientare (reazemului). Astfel pentru suprafeţe plane: suprafeţele sunt simbolizate prin segmente de dreaptă ( ). Pe aceste segmente se vor desena cerculeţe pline în număr egal cu numărul gradelor de libertate anulate, complectate cu tipul reazemului. De exemplu: () bază de aşezare; (  ) bază de ghidare; (  ) bază de sprijin (de rezemare). Ţinând cont de condiţiile impuse suprafeţelor de generat se pot obţine scheme de orientare complete (toate gradele de libertate anulate) sau cu orientări simplificate (nu toate gradele de libertate sunt anulate). Aceste scheme de orientare sunt prezentate în tabelul 4.1. a - Orientarea completă - se obţine atunci când în procesul de orientare se impune anularea totală a gradelor de libertate ale semifabricatului, ca urmare a condiţiilor liniare şi unghiulare impuse suprafeţelor de prelucrat. De exemplu pentru prelucrarea suprafeţelor haşurate la semifabricatul din tab. 4.2.a, se necesită realizarea cotelor a, b, c, determinate de trei mărimi liniare. Modul de preluare al gradelor de libertate este prezentat în tabelul alăturat. Numărul planelor pe care se face orientarea este egal cu numărul condiţiilor impuse prelucrării. b - Orientarea simplificată - se obţine atunci când în procesul de orientare nu se necesită anularea tuturor gradelor de libertate ale semifabricatului.


34

La prelucrarea suprafeţelor plane ale semifabricatului din tab.4.2.b, determinate de două mărimi liniare a şi b, sunt necesare anularea numai a cinci grade de libertate, iar la semifabricatul din tab.4.2.c, unde se impune o singură mărime liniară a, se elimină trei grade de libertate, necesare şi suficiente pentru realizarea prelucrării în condiţiile impuse. Tabelul 4.1. Orientări corecte pe suprafeţe plane Tipul orientării

Schema orientării

Tabel centralizator

Orientări complete

Cond. a(Ta)

Grade anulate Rx Ry Tz

b(Tb)

Rz Ty

c(Tc)

Tx

Total 6 gr.

Orientări simplificate ( 1 grad de libertate)

Cond. a(Ta)


b(Tb)

Rz Ty

Modul de anulate aşezare pe lanul xoy ghidare pe planul xoz

Total 5 gr.

Cond.

Orientări simplificate ( 3 grade de libertate)

Modul de anulate aşezare pe planul xoy ghidare pe planul xoz sprijin pe planul yoz

a(Ta)


Modul de anulate aşezare pe planul xoy

Total 3 gr.


35

4.3.2 Orientarea semifabricatelor pe suprafeţe cilindrice Semifabricatele (obiectele) cilindrice pot fi prevăzute cu suprafeţe exterioare sau interioare, fiecare la rândul său putând fi lungi sau scurte. Orientarea lor diferă în fiecare caz în parte. Orientarea semifabricatelor pe suprafeţe exterioare cilindrice lungi Întocmai ca şi semifabricatele cu suprafeţe plane, semifabricatele cilindrice dispun în sistemul de axe triortogonal de şase grade de libertate, reduse la trei translaţii în lungul axelor şi trei rotaţii în jurul acestora. Pentru asigurarea unei poziţii bine determinate a semifabricatului se necesită eliminarea acestor grade de libertate. Pentru eliminarea acestor grade de libertate se procedează astfel: se leagă semifabricatul de planul xoy (fig.4.6), contactul se face după o dreaptă, adică o generatoare, determinată de două puncte teoretice de reazem, ceea ce conduce la anularea a două grade de libertate şi anume: o translaţie în lungul axei oz (Tz) şi o rotaţie în jurul axei oy (Ry). Suprafaţa xoy devine bază de ghidare. Legând semifabricatul de planul xoz, contactul se face tot după o dreaptă generatoare, anulându-se alte două grade de libertate şi nume: o translaţie de-a lungul axei oy (Ty) şi o rotaţie în jurul axei oz (Rz). Suprafaţa xoz devine bază de ghidare, iar împreună cele două suprafeţe formează o bază dublă de ghidare. Materializarea bazei duble dispozitiv ghidare este realizată în construcţia dispozitivelor din elemente de tipul prismelor. Figura 4.6 – Stabilirea bazelor de orientare pe suprafeţe cilindrice exterioare lungi Prin legarea semifabricatului de planul yoz se anulează acestuia un grad de libertate, adică translaţia în lungul axei ox(T x), suprafaţa yoz devenind bază de sprijin. Pentru anularea ultimului grad de libertate, rotaţia în jurul axei ox, se ia un punct de sprijin, determinat de un alezaj sau un canal de pană prelucrat anterior în care se introduce un bolţ sau o pană. Preluarea totală sau parţială a gradelor de libertate este dictată de condiţiile impuse suprafeţelor de prelucrat. În funcţie de aceasta se face şi clasificarea orientărilor. În tab. 4.2 sunt prezentate câteva tipuri de orientări, în funcţie de condiţiile impuse şi modul de anulare al gradelor de libertate. Pentru prelucrarea suprafeţei plane determinate de cotele axb şi poziţia unghiulară , faţă de canalul de pană (tab. 4.2.a) se necesită anularea tuturor gradelor de libertate. În fig.4.7 se prezintă modul de orientare completă a acestui semifabricat pe o prismă.


36

Tabelul 4.2 – Orientări pe suprafeţe cilindrice exterioare lungi

Schema orientării

Tabel centralizator

Simplificata ( 2 grade de libertate)

Simplificata ( 1 grad de libertate)

Completa

Tipul orientării

Pentru prelucrarea canalului de pană determinat de cotele axb sunt necesare anularea a cinci grade de libertate, rămânând o rotaţie Rx, care nu influenţează condiţiile impuse.


37 Pentru prelucrarea canalului de pană determinat de cota a (tab. 4.2.c), pe toată lungimea semifabricatului, este necesară preluarea numai a patru grade de libertate, rămânând o rotaţie Rx şi o translaţie Tx care nu influenţează condiţiile impuse.

Figura 4.7 – Orientarea completă pe prismă

Orientarea semifabricatelor pe suprafeţe cilindrice scurte În construcţia de maşini se întâlnesc foarte multe tipuri de semifabricate cu suprafeţe cilindrice exterioare scurte, de forma inelelor, segmenţilor, flanşe, etc., la care se necesită prelucrarea diferitelor suprafeţe exterioare sau interioare. Orientarea acestor semifabricate este

prezentată în fig. 4.8. Prin legarea semifabricatelor de planul xoy, contactul se realizează după o dreaptă scurtă, teoretic un punct, anulând un grad de libertate Tz. Prin legarea de planul xoz se anulează translaţia T y. Suprafaţa cilindrică scurtă orientată pe două plane care se intersectează reprezintă o bază dublă de sprijin. Elementele dispozitivului care materializează cele două plane sunt prismele înguste. Orientarea semifabricatelor cilindrice scurte pe prisme este cuplată, de regulă, cu orientarea pe suprafeţe plane. Astfel, prin legarea semifabricatului de planul yoz, contactul se realizează pe o suprafaţă plană, anulându-se trei grade de libertate şi anume: Tx, Ry, Rz. Planul yoz devine bază de aşezare. Acest plan este materializat în dispozitiv de către un perete frontal (fig. 4.9).

Figura 4.8 – Orientarea pe prismă îngustă

Figura 4.9 – Orientarea pe prismă îngustă

Prismele realizează orientarea semifabricatelor numai într-un singur plan, corespunzător planului bisector al acestora. Orientarea acestor semifabricate se poate face şi după două plane perpendiculare, utilizând bucşe de ghidare, lungi sau scurte, rigide sau elastice (fig.4.10) sau utilizând un sistem de prisme autocentrante (fig.4.11).


38

Figura 4.10 – Orientarea semifabricatelor în bucşi rigide: a. - scurte; b. – lungi

Figura 4.11 – Orientarea în sisteme autocentrante

Orientarea semifabricatelor pe suprafeţe cilindrice interioare În construcţia de maşini se întâlnesc foarte des semifabricate prevăzute cu suprafeţe cilindrice interioare lungi sau scurte, de tipul bucşelor, inelelor, şaibelor, segmenţilor, volanţi, roţi dinţate, etc., la care se necesită prelucrarea diferitelor suprafeţe exterioare. În acest caz este necesară orientarea lor pe bazele (suprafeţele) cilindrice interioare. Elementele de reazem care servesc la orientarea pe suprafeţe cilindrice interioare sunt bolţurile şi dornurile, care pot fi rigide sau elastice. În principiu, orientarea pe suprafeţe cilindrice interioare, lungi sau scurte, pe dornuri şi bolţuri, păstrează aceleaşi caracteristici ca şi orientarea în bucşe a suprafeţelor cilindrice exterioare, asigurând orientarea după două plane perpendiculare. Suprafeţele cilindrice lungi devin baze duble de centrare, preluând patru grade de libertate, iar cele scurte devin baze simple de centrare, preluând două grade de libertate. Orientarea semifabricatelor pe suprafeţe cilindrice interioare se asociază, de regulă, cu orientarea pe suprafeţe plane. Se obţin în acest caz următoarele moduri de orientare: Orientarea pe suprafaţă perpendiculară pe aceasta

cilindrică

interioară

şi

o

suprafaţă

plană

Acest mod de orientare se impune atunci când se limitează suprafaţa de prelucrat (fig. 4.12.a). În acest caz orientarea se face pe un dorn rigid (fig. 4.12.b), care devine bază dublă de centrare pentru suprafaţa cilindrică şi bază de sprijin prin gulerul acestuia, preluând în total cinci grade de libertate. Această orientare pe suprafaţa cilindrică interioară se realizează cu joc.


39

Figura 4.12 – Scheme pentru orientarea semifabricatelor pe suprafeţe cilindrice interioare lungi

Se poate realiza orientarea fără joc, utilizând un dorn elastic (fig. 4.12.c). La orientarea semifabricatelor pe suprafeţe cilindrice scurte şi o suprafaţă plană perpendiculară pe aceasta se obţine schema din fig. 4.13. Gulerul dornului scurt devine bază de aşezare. Orientarea pe două suprafeţe cilindrice interioare cu axe paralele şi o suprafaţă plană perpendiculară pe acestea La prelucrarea semifabricatului din fig. 4.14 trebuie respectate cotele a, b, c. Elementele de referinţă faţă de care trebuie să se facă orientarea sunt: planul 1 planul 2, ce trece prin axele celor două alezaje şi axa de simetrie 3, a alezajului D1. Elementele de reazem care asigură Figura 4.13 – Orientarea semifabricatelor această orientare sunt: două bolţuri, din care pe dornuri rigide scurte unul frezat, care asigură rezemarea iar împreună determină planul 2 ce anulează rotirea.

40


Fig. 4.14 - Schemă de orientare pe două suprafeţe cilindrice şi o suprafaţă plană

Gulerele bolţurilor determină planul 1, devenind baza de aşezare. Frezarea unuia din bolţuri se datorează faptului că atât distanţa dintre axele alezajelor cât şi cea dintre axele bolţurilor este executată în câmpuri de toleranţă (fig. 4.15), care conduc la posibilitatea intersectării contururilor acestora. Rezultă din schemă necesitatea realizării unei secţiuni eliptice pentru unul din bolţuri. Această formă a bolţului este netehnologică, motiv pentru care s-a înlocuit cu alte forme tehnologice, uşor de realizat pe maşinile-unelte uzuale.

Figura 4.15 – Schemă de evitare a interferenţei


41

În fig.4.16.a, b, c, sunt prezentate câteva forme de bolţuri frezate.

Figura 4.16 – Forma secţiunii bolţurilor frezate

Lăţimea frezării (b) care cuprinde suprafaţa cilindrică a bolţului se calculează în funcţie de precizia de execuţie a semifabricatului şi a dispozitivului. Calculul se face pe baza schemei din fig.4.17.

Figura 4.17 – Schemă pentru calculul lăţimii retezate la bolţuri

Se aproximează lungimea arcului EB, ca egal cu lungimea coardei EB. Din triunghiul O2CB rezultă: 2

 D 2 min  J 2 min   b O 2 C  O 2B  BC       2   2 2

2

2

2

(4.1)

Din triunghiul O2CA rezultă: 2

 D 2 min   b  O 2 C  O 2 A  AC       2 2  2  2

2

2

2

(4.2)

Egalând expresiile (4.1) şi (4.2) rezultă: 2

2

2

 D 2 min  J 2 min   D 2 min   b  b             2  2 2    2  2

2

(4.3)


42

2

2

2

D J  D2 min  J  b    2 min 2 min   2 min      2  2   2  2 2

2

D  b b       2 min          2  2  2   2 

2

(4.4)

neglijând termenii cu valori mici şi reducând termenii asemenea rezultă: D 2 min  J2 min b    2 2

sau b 

D 2 min  J 2 min 

(4.5)

unde:  = Tp + Td - J1 min (numit joc de compensaţie)

(4.6)

J1 min = D1 min - d1 max

(4.7)

Valoarea lăţimii b exprimată de relaţia (4.5) are sens numai pentru valorile pozitive ale lui , adică atunci când:  = Tp + Td - J1 min > 0

(4.8)

respectiv: Tp + Td > j1 min

(4.9)

Calculul lăţimii b se face, de regulă, atunci când jocul dintre bolţul frezat şi alezajul semifabricatului este impus de o anumită valoare limită a unghiului de rotire a semifabricatului în dispozitiv. În caz contrar, bolţurile se adoptă normalizate, iar jocul minim se calculează cu relaţia:

j 2 min 

b D 2 min

(4.10)

Orientarea pe două suprafeţe plane, perpendiculare şi pe o suprafaţă cilindrică interioară, paralelă cu una din acestea.

Figura 4.18 – Schemă de orientare pe suprafeţe plane şi cilindrice interioare

Dacă la semifabricatul din fig. 4.19 se execută operaţia de frezare la cota a şi găurire la cotele b, c, semifabricatul se aşează pe planul 1 (obţinând cota c), pe planul 2 (obţinând cota a), iar pentru realizarea cotei b (simetrie faţă de axa alezajului


43

prelucrat) acesta se poziţionează în raport cu planul de referinţă 3, ce conţine axa găurii, folosind un bolţ frezat. Calculul cotei b a bolţului frezat se face cu relaţia:

b

Dmin  Jmin 1

(4.11)

în care: 1 = Tp + TD

(4.12)

4.3.3. Orientarea semifabricatelor pe suprafeţe conice Suprafeţele conice care servesc la orientarea semifabricatelor în dispozitive se împart la fel ca şi cele cilindrice în suprafeţe exterioare şi interioare, care la rândul lor pot fi lungi sau scurte. Schema de orientare se aseamănă cu cea a suprafeţelor cilindrice, cu deosebire că împănarea pe suprafeţele conice determină anularea unui grad de libertate în plus.

Figura 4.19 – Schemă de orientare a semifabricatelor pe suprafeţe conice exterioare lungi

Figura 4.20 - Schemă de orientare a semifabricatelor pe suprafeţe conice lungi şi suprafaţă plană

În figura 4.19 este prezentată orientarea pe suprafeţe conice exterioare lungi, utilizând o bucşă conică fixă. Sunt preluate semifabricatului cinci grade de libertate şi anume: trei translaţii şi două rotaţii. În fig. 4.20 se utilizează o bucşă conică mobilă, caz în care suprafaţa conică devine bază dublă de centrare, iar suprafaţa frontală a gulerului devine bază de sprijin. În figurile 4.21, 4.22 sunt prezentate schemele de orientare pe suprafeţe conice exterioare scurte – utilizând o bucşă conică fixă (fig. 4.21), caz în care suprafaţa conică determină o bază de centrare şi de sprijin, preluând trei grade de libertate şi anume: trei translaţii, - şi o bucşă conică mobilă (fig. 4.22), caz în care suprafaţa conică determină o bază de centrare, iar gulerul o bază de aşezare, preluând în total cinci grade de libertate şi anume: trei translaţii şi două rotaţii. În figurile 4.23, 4.24 sunt prezentate schemele de orientare pe suprafeţe conice interioare lungi. Elementele de dispozitiv utilizate pentru aceste orientări sunt dornurile conice lungi fixe sau mobile. Suprafeţele conice interioare devenind baze duble de centrare şi bază de sprijin (fig. 4.23) sau numai bază dublă de centrare (fig. 4.24), când suprafaţa frontală devine bază de sprijin.

44


Figura 4.21 – Schemă de orientare a semifabricatelor pe suprafeţe conice exterioare scurte

Figura 4.22 – Schemă de orientare a semifabricatelor pe suprafeţe conice scurte şi suprafaţă plană

Figura 4.23 – Schemă de orientare a semifabricatelor pe suprafeţe conice interioare lungi

Figura 4.24 – Schemă de orientare a semifabricatelor pe suprafeţe conice interioare lungi şi suprafaţă plană

În figurile 4.25 şi 4.26 sunt prezentate schemele de orientare pe suprafeţe conice interioare scurte. Elementele de dispozitiv utilizate pentru aceste orientări sunt dornurile conice scurte fixe sau mobile.

Figura 4.25 – Schemă de orientare a semifabricatelor pe suprafeţe conice interioare scurte

Figura 4.26 – Schemă de orientare a semifabricatelor pe suprafeţe conice interioare scurte şi suprafaţă plană


45

Un mod specific de orientare a semifabricatelor pe suprafeţe conice interioare scurte este orientarea pe vârfuri de centrare, utilizată frecvent la operaţii de strunjire şi rectificare cilindrică. În fig. 4.27 se prezintă schema de orientare între vârfuri utilizând vârfuri conice fixe iar în fig.4.28 schema utilizând vârf conic mobil. Elementele de dispozitiv care materializează aceste baze de orientare sunt vârfurile de centrare fixe şi rotative, vârfurile de centrare şi antrenare.

Figura 4.27 – Schema de orientare pe vârfuri conice de centrare fixe

În acest caz de orientare rămâne liber un grad de libertate (rotirea în jurul axei) necesar desfăşurării procesului de aşchiere.

Figura 4.28 – Schema de orientare a semifabricatelor pe vârfuri conice mobile

4.3.4. Orientarea semifabricatelor pe suprafeţe sferice exterioare şi interioare Semifabricatele sferice pot fi orientate în dispozitive pe suprafeţe exterioare sau interioare. Pentru orientarea unui semifabricat sferic, acesta este sprijinit simultan pe cele trei plane de referinţă, având câte un punct de contact cu fiecare. Fiecare plan de referinţă devine o bază de sprijin şi anulează câte un grad de libertate şi anume translaţiile în lungul axelor (fig. 4.29). Rezultă că suprafaţa sferică orientată pe un sistem de trei plane constituie o bază triplă de sprijin. În practică orientarea semifabricatelor se face mai rar pe suprafeţe plane, frecvent sunt utilizate suprafeţele cilindrice sau conice interioare. În fig. 4.30. a, b, se prezintă modul de orientare a semifabricatelor sferice utilizând o bucşă cilindrică fixă. Bucşa cilindrică poate să aibă diametrul interior mai mare decât diametrul semifabricatului (fig.4.31.a) caz în care suprafaţa sferică constituie bază de centrare, sau diametrul mai mic decât diametrul semifabricatului (fig.4.31.b), caz în care suprafaţa sferică devine bază de centrare şi bază de sprijin.


46

a) Figura 4.29 – Orientarea semifabricatelor sferice

b)

Figura 4.30 – Orientarea pe suprafeţe sferice în bucşe cilindrice rigide

În fig. 4.31 se prezintă modul de orientare a semifabricatelor sferice într-o bucşă cilindrică cu element elastic. Suprafaţa sferică devine bază de centrare.

Figura 4.31 – Orientarea în bucşă cilindrică mobilă

În fig. 4.32 suprafaţa sferică a semifabricatului aşezată într-o bucşă conică rigidă devine bază de centrare şi bază de sprijin, anulând trei grade de libertate. În fig. 4.33 suprafaţa sferică aşezată într-o bucşă conică cu element elastic devine bază de centrare, iar elementul fix va determina baza de sprijin. Pentru orientarea suprafeţelor sferice exterioare se mai pot utiliza şi reazeme cu suprafaţă sferică interioară (fig. 4.34) având diametrul egal cu cel al semifabricatului. Suprafaţa sferică devine în acest caz bază de centrare şi bază de sprijin, preluând trei grade de libertate.


Figura 4.32 – Orientarea în bucşă conică rigidă

47

Figura 4.33 – Orientarea în bucşă conică mobilă

Figura 4.34 – Orientarea în calotă sferică

Pentru orientarea semifabricatelor pe suprafeţe sferice interioare se utilizează dornuri cu suprafaţă sferică convexă. În fig.4.35 diametrul semifabricatului este egal cu diametrul dornului, anulând trei grade de libertate. Această orientare este greu de realizat practic. În fig.4.36 diametrul dornului este mai mare decât diametrul semifabricatului, anulând tot trei grade de libertate. Pentru a asigura o bună stabilitate a semifabricatului, suprafaţa sferică se va folosi ca bază de centrare, iar o suprafaţă plană a acestuia ca bază de aşezare. Acest lucru se obţine utilizând un bolţ sferic mobil (fig.4.37).

Figura 4.35 – Orientarea suprafeţelor sferice interioare (cazul 1)

Figura 4.36 – Orientarea suprafeţelor sferice interioare (cazul 2)

Figura 4.37 – Orientarea pe bolţuri sferice mobile

În afara posibilităţilor arătate, suprafeţele sferice exterioare mai pot fi orientate şi în mecanisme autocentrante cu fălci sau conuri, anulându-se astfel unul sau, respectiv trei grade de libertate. Toate reazemele utilizate la orientarea semifabricatelor pe suprafeţe sferice sunt nestandardizate, ele construindu-se în funcţie de dimensiunile semifabricatelor.

4.4. Simbolizarea orientării semifabricatelor în dispozitive În tabelul 4.3 sunt prezentate modurile de simbolizare ale bazelor de orientare pe diferite tipuri de suprafeţe, precum şi numărul şi natura gradelor de libertate anulate prin folosirea lor şi elementele de dispozitiv utilizate.


48

Tabelul 4.3 – Scheme de simbolizare a orientării semifabricatelor în dispozitive Nr. Denumirea crt. orientării 0

1.

2.

3.

4.

1

Orientarea pe o suprafaţă plană, folosind reazeme fixe

Simbolizarea convenţională

Elem. de dispozitive definite de simbol

Nr. grd. de libertate anulate

Natura gradelor anulate

Tipul bazei

2

3

4

5

6

3

2R + 1T

bază de aşezare

2

1R + 1T

bază de ghidare

1

1T

bază de sprijin

3

2R + 1T

bază de aşezare

2

1R + 1T

bază de ghidare

1

1T

bază de sprijin

3

2R + 1T

bază de aşezare

2

1R + 1T

bază de ghidare

1

1T

bază de sprijin

Cepuri de reazem plăcuţe de reazem

Orientarea pe o suprafaţă plană folosind reazeme fixe şi un reazem autoregla.

Cepuri de reazem. Plăcuţe de reazem. Un reazem autoreglabil dublu.

Orientare pe o suprafaţă plană folosind un reazem autoreglabil

Reazem autoreglabil dublu

Orientare pe o suprafaţă plană folosind reazeme reglabile

Reazeme reglabile (cu şurub-piuliţă şurub-pană )

5.

Orientarea pe o suprafaţă plană folosind un reazem autoreglabil

Reazem autoreglabil triplu

1

1T

bază de sprijin

6.

Orientare pe o suprafaţă plană folosind reazem mobil

Plăcuţe de reazem, cep de reazem mobil

1

1T

bază de sprijin

7.

Rezemare auxiliară pe o suprafaţă plană folosind reazem auxiliar fix

Plăcuţe de reazem, cep de reazem

1

1T

bază auxiliară de sprijin

Reazem suplimentar cu autoaşezare

–

–

–

Reazem suplimentar cu aşezare ulterioară cu blocare

–

–

–

8.

Rezemare suplimentară pe o suprafaţă plană folosind reazem suplimentar


Nr. Denumirea crt. orientării 0

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

1

Orientare pe două suprafeţe plane lungi,cu joc funcţional folosind reazeme fixe Orientare pe două suprafeţe plane, fără joc funcţional, folosind reazeme mobile cu deplasare simultană pe aceaşi direcţie Orientare pe trei suprafeţe plane lungi, cu joc funcţional folosind reazeme fixe Orientare pe trei suprafeţe plane, fără joc funcţional, folosind reazeme fixe şi autocentrante Orientare pe mai multe suprafeţe plane lungi cu joc funcţional formând un contur închis Orientare pe o suprafaţă cilindrică lungă, exterioară cu joc funcţional folosind reazeme fixe cu contur închis Orientare pe o suprafaţă cilindrică exterioară lungă folosind reazem fix cu contur deschis Orientare pe o suprafaţă cilindrică exterioară sau interioară lungă, fără joc funcţional, folosind reazeme mobile simultan pe trei direcţii sau pe contur

Simbolizarea convenţională 2

49




Tipul bazei

4

5

6

–

–

–

Ghidaj lateral scurt. Pană scurtă

2

1R + 2T

bază de ghidare

Mecanism de centrare cu fălci

2

1R + 1T

bază de ghidare

Ghidaj lung cu aşezare

5

3R + 2T

Bază de aşezare şi ghidare

Reazeme fixe şi mecanism de centrare

5

3R + 2T


Dorn poligonal lung fix

5

3R + 2T


4

2R + 2T

Bază de aşezare şi centrare

Prismă normală (sau lungă fixă)

4

2R + 2T

Bază dublă de ghidare

Mecanism autocentrant cu bucşă elastică cu fălci, cu bucşă cu pereţi subţiri cu inele elastice etc.

4

2R + 2T


3 Reazem suplimentar cu aşezare ulterioară cu melc şurubpiuliţă

Bucşă lungă fixă Bolţ lung fix


50


17.

18.

19.

20.

21.

22.

23.

24.

1 Orientare pe o suprafaţă cilindrică exterioară lungă, fără joc funcţional folosind reazeme mobile pe o singură direcţie Orientarea pe suprafeţe cilindrice scurte, exterioare sau interioare, cu joc funcţional, folosind reazeme fixe cu contur închis Orientare pe suprafeţe interioare scurte, cu joc funcţional, folosind reazem fix cu contur închis Orientare pe o suprafaţă cilindrică exterioară scurtă folosind reazem fix cu contur deschis Orientare pe o suprafaţă cilindrică exterioară scurtă folosind reazem mobil cu contur deschis Orientare pe o suprafeţă cilindrică interioară scurtă, cu joc funcţional şi de compensare, folosind reazem fix cu contur închis Orientare pe o suprafeţă cilindrică interioară scurtă, cu joc funcţional şi de compensare, folosind reazem mobil cu contur închis Orientare pe o suprafeţă cilindrică ext. sau int., scurtă, fără joc funcţional folosind reazeme mobile simultan pe trei direcţii sau pe contur





Tipul bazei

2

3

4

5

6

Mecanism autocentrat cu prisme normale

4

2R + 2T


2

2T

Bază de centrare

Bolţ cilindric scurt mobil

2

2T

Bază de centrare

Prismă scurtă fixă

2

2T

bază dublă de sprijin

Prismă scurtă mobilă

1

1T

bază de sprijin

Bolţ scurt fix frezat

1

1R sau 1T

bază de sprijin

1R sau 1T

bază de sprijin

2T

bază de centrare

Bucşă scurtă fixă Bolţ cilindric scurt

Bolţ scurt mobil frezat

1

Mecanism autocentrant cu fălci, cu pârghii, cu inele elastice etc.

2



25.

1 Orientare pe o suprafeţă cilindrică ext. scurtă, fără joc funcţional folosind reazeme mobile pe o singură direcţie Orientare pe suprafeţe conice exterioare sau interioare lungi, fără joc funcţional folosind reazeme fixe Orientare pe suprafeţe conice exterioare sau interioare lungi, fără joc funcţional folosind reazeme mobile Orientare pe suprafeţe conice ext.sau int.scurte, fără joc funcţional folosind reazeme fixe Orientare pe suprafeţe conice exterioare sau interioare scurte, fără joc funcţional folosind reazeme mobile Orientare pe un contur circular exterior sau interior fără joc funcţional folosind reazeme fixe Orientarea pe un contur circular exterior sau interior fără joc funcţional folosind reazeme mobile

51





Tipul bazei

2

3

4

5

6

Mecanism autocentrat cu prisme scurte

2

2T

bază de centrare

Bucşă conică fixă lungă con exterior fix lung

5

2R + 3T

Bază dublă de centrare şi bază de sprijin

Bucşă conică lungă mobilă con exterior lung mobil

4

2R + 2T

Bază dublă de centrare

Bucşă conică scurtă fixă con exterior scurt fix

3

3T

bază de centrare şi sprijin

Bucşă conică scurtă mobilă con exterior scurt fix

2

2T

Bază de centrare

Bucşă conică scurtă fixă con exterior scurt fix

3

3T


Bucşă conică scurtă mobilă con exterior scurt mobil

2

2T

bază de centrare

32.

Orientarea pe un contur circular interior, cu joc de compensare, folosind reazem fix

Con exterior frezat fix

2

2T sau 1T + 1R

bază dublă de sprijin

33.

Orientarea pe un contur circular interior, cu joc de compensare, folosind reazem mobil

Con exterior frezat mobil

1

1T sau 1R

bază de sprijin

26.

27.

28.

29.

30.

31.


52





Tipul bazei

2

3

4

5

6

34.

Orientare pe o suprafaţă sferică exterioară, fără joc funcţional, folosind reazem conic fix

Bucşă conică fixă

3

3T


35.

Orientare pe o suprafaţă sferică exterioară, fără joc funcţional, folosind reazem conic mobil

Bucşă conică mobilă

2

2T

bază de centrare

36.

Orientare pe o suprafaţă sferică exterioară, fără joc funcţional, folosind reazem cilindric fix

Inel cilindric fix cu Rine  Rsferă

3

3T


37.

Orientare pe o suprafaţă sferică exterioară, fără joc funcţional, folosind reazem cilindric mobil

Inel cilindric mobil cu Rine  Rsferă

2T

Bază de centrare

38.

Orientare pe o suprafaţă sferică exterioară, cu joc funcţional, folosind reazem cilindric interior

Inel cilindric fix cu Rine  Rsferă

2T

Bază de centrare

39.

Orientare pe o suprafaţă sferică exterioară, cu joc funcţional, folosind reazem sferic interior


40.

1

Orientare pe o suprafaţă sferică exterioară, fără joc funcţional, folosind reazeme mobile simultan pe aceeaşi direcţie

Reazem cu suprafaţă sferică interioară, fix

2

2

3 3T


Mecanism de centrare cu fălci

1

1T

bază de sprijin

Mecanism autocentrant cu conuri interioare

3

3T




41.

42.

43.

44.

45.

46.

47.

1 Orientare pe o suprafaţă sferică interioară, fără joc funcţional, folosind reazem sferic exterior fix Orientare pe o suprafaţă sferică interioară, fără joc funcţional, folosind reazem sferic exterior mobil Orientare pe o suprafaţă sferică interioară, cu joc funcţional, folosind reazem sferic fix Orientare pe o suprafeţe cilndrice canelate interioare sau exterioare lungi, cu joc funcţional, cu centrare pe diametrul ext., int. sau pe caneluri Orientare pe o suprafeţe cilndrice canelate interioare sau exterioare scurte, cu joc funcţional, cu centrare pe dia-metrul ext., int. sau pe caneluri Orientare pe suprafeţe conice canelate interioare sau exterioare lungi, fără joc funcţional Orientare pe suprafeţe conice canelate interioare sau exterioare lungi, fără joc funcţional

53





Tipul bazei

2

3

4

5

6

Reazem fix cu suprafaţă sferică exterioară cu Rreazem  Rsferă

3

3T


Reazem mobil cu suprafaţă sferică exterioară Rreazem  Rsferă

2

2T

bază de centrare

Reazem fix cu suprafaţă sferică exterioară

3

3T


5

3R + 2T

bază dublă de centrare şi bază de sprijin

3

1R + 2T


3R + 3T

bază dublă de centrare şi bază dublă de sprijin

1R + 3T

bază de centrare şi bază dublă de sprijin

Ax canelat lung Bucşă canelată lungă

Ax canelat scurt Bucşă canelată scurtă

Ax conic canelat lung 6 Bucşă conică canelată lungă Ax conic canelat scurt 4 Bucşă conică canelată scurtă


54

CAPITOLUL 5 TIPURI DE ELEMENTE DE ORIENTARE A SEMIFABRICATELOR Elementele de orientare materializează bazele de orientare ale semifabricatelor (obiectelor) în dispozitive. Ele se numesc reazeme. Reazemele, indiferent de forma geometrică a suprafeţelor pe care le determină se împart în trei categorii: reazeme principale, auxiliare şi suplimentare. Reazemele principale asigură orientarea semifabricatelor (obiectelor) în dispozitive, anulând grade de libertate conform condiţiilor impuse. Condiţii impuse reazemelor:  suprafeţele care vin în contact cu semifabricatul, trebuie să fie rezistente la uzură, rigide, deoarece prin ele se închid în corpul dispozitivului, atât forţele de fixare cât şi cele de aşchiere. Reazemele se execută din oţeluri rezistente la uzură, tratate termic. Prin aceasta, precizia dimensională şi de formă poate fi menţinută în timp, mărind durabilitatea dispozitivelor:  montarea şi demontarea trebuie să se facă uşor şi rapid, iar în cazul dispozitivelor pentru tehnologii de grup, să fie uşor reglabile;  să fie de construcţie normalizată, pentru a uşura întreţinerea şi repararea lor în cazul uzării.

5.1. Reazeme principale pentru suprafeţe plane În funcţie de forma constructivă, reazemele principale pentru suprafeţe plane pot fi de mai multe tipuri: fixe, reglabile şi autoreglabile. 5.1.1. Reazeme fixe Reazemele fixe pot fi de forma: cepuri, plăcuţe şi mese de reazem. a. Cepurile de orientare: Cepurile de orientare(reazeme) sunt foarte des utilizate la orientarea suprafeţelor plane, brute sau prelucrate de dimensiuni relativ mici. Suprafaţa de reazem a cepurilor poate fi: sferică, plană sau zimţată. Cepurile cu suprafaţa de reazem sferică fig. 5.1, sunt utilizate pentru orientarea semifabricatelor pe suprafeţe neprelucrate, sau prelucrate brut. În timpul prelucrării în zonele de contact apar presiuni foarte mari, care pot duce la deteriorarea suprafeţei semifabricatului. Apariţia acestor deformaţii împiedică deplasarea semifabricatului pe reazeme în timpul prelucrării permiţând adoptarea unor regimuri de aşchiere mai intense, fără a fi necesară majorarea în aceiaşi măsură a forţelor de fixare. Cepurile cu cap plan, fig. 5.2. sunt utilizate la orientarea semifabricatelor pe suprafeţe prelucrate. Presiunile specifice de contact sunt mai mici în acest caz, deformaţiile de contact ale suprafeţelor de orientare sunt reduse. Construcţia acestor cepuri este reglementată de STAS 8768-80.


55

Figura 5.1 – Cep sferic

Figura 5.2 - Cep plat

Cepurile cu cap zimţat, fig. 5.3. au suprafaţa de contact zimţată, şi se utilizează la orientarea suprafeţelor neprelucrate sau prelucrate brut. Contactul cu semifabricatul se realizează în mai multe puncte, astfel presiunea specifică de contact este relativ redusă şi nu deteriorează suprafaţa semifabricatului. Utilizarea lor este mai redusă, datorită prelucrării mai dificile, precum şi a acumulării de aşchii în canalele suprafeţei active. Din această ultimă cauză aceste reazeme se plasează de regulă pe pereţii laterali sau superiori ai dispozitivelor. Aceste cepuri nu sunt standardizate şi se recomandă de regulă la semifabricatele grele. Tabelul 5.1 – Dimensiunile cepurilor Cota D H

Interval de dimensiuni minime 6 – 40 4 – 50

Toleranţă h6 sau +0,3 +0,2

d L d1

4 – 25 10 – 80 4 – 25

n6 H7

În tabelul 5.1. sunt prezentate domeniile de dimensiuni la aceste elemente de orientare. Materialele utilizate la execuţia cepurilor sunt:  pentru cepuri cu D < 12 mm se utilizează OSC 8 STAS 1700-80, călit-revenit la 55-60 HRC;  pentru cepuri cu D > 12 mm se utilizează OLC 15 STAS 880 -80, cementat pe adâncimea de 0,8-1,2 [mm] şi călit-revenit la 55-60 HRC.

Figura 5.3 – Cep zimţat


56

Cepurile se montează prin presare, fie direct în corpul dispozitivului, fie prin intermediul unor bucşe de uzură, atunci când se necesită schimbarea frecventă a lor (fig. 5.4. a, b). Pentru o schimbare uşoară, găurile se execută de regulă străpunse în corpul dispozitivului. Dacă nu este posibil acest lucru, pentru o schimbare uşoară se practică o suprafaţă frezată la baza capului cepului fig. 5.5. iar pentru dimensiunile cozii > 12 mm, se frezează şi aceasta. Pentru a asigura precizia poziţionării cepurilor la asamblare, suprafeţele de asamblare a corpului dispozitivului sunt mai ridicate (suprafeţe numite bosaje),permiţând rectificarea acestora. Suprafeţele active ale cepurilor se pot rectifica fie cu cepurile montate, atunci când este permis accesul discului abraziv, caz în care precizia dispozitivului este mai bună, fie cu cepurile nemontate. Pentru rectificare se lasă un adaos de +0,3; +0,2 mm la cota H.

a)

b)

Figura 5.4 – Moduri de asamblare: a) montarea directă a cepurilor; b) montarea prin bucşi de uzură

Figura 5.5 – Montarea în găuri inundate

În vederea reducerii consumului de materiale, în urma uzurii se recomandă recondiţionarea cepurilor prin sudare şi readucerea lor la forma şi dimensiunilor iniţiale. b. Plăcuţe de orientare: Aceste elemente având suprafaţa activă mai mare decât a cepurilor se utilizează la orientarea semifabricatelor pe suprafeţe plane prelucrate de dimensiuni mari, precum şi a semifabricatelor grele, cu baze înguste. În fig. 5.6. sunt prezentate trei tipuri de plăcuţe de orientare. În fig. 5.6. a, se reprezintă o plăcuţă de orientare la care planul de fixare coincide cu baza de orientare. În zona şuruburilor de fixare pot pătrunde aşchii, care înrăutăţeşte precizia orientării. Se recomandă pe pereţii laterali sau superiori ai dispozitivelor, când aşchiile nu sunt reţinute. Acest tip de plăcuţă de orientare este reglementat de STAS 8769 - 80. Plăcuţa din fig. 5.6. b are planul de fixare sub baza de orientare, dar axa găurilor de fixare este excentrică faţă de axa de simetrie a plăcuţei. Acest lucru produce o rotire a plăcuţei la montarea pe corpul dispozitivului înrăutăţind precizia acestuia. În fig. 5.6. c, este prezentată o plăcuţă de orientare conform STAS 8745 - 80, la care pe suprafaţa activă s-au practicat o serie de canale la 45o, cu adâncimea de 2-3 mm, în care sunt executate găurile de fixare. În acest fel planul de fixare este sub


57

baza de orientare, iar aşchiile care pătrund în zona capetelor şuruburilor de asamblare nu afectează orientarea semifabricatelor.

a)

b)

c)

Figura 5.6 – Plăcuţe de orientare: a) lisă; b) lisă excentric; c) canelată

Materialele utilizate pentru confecţionare: OLC 15 STAS 880-80, cementat pe adâncimea de 0,8 - 1,2 mm şi călit la 55 - 60 HRC. Suprafaţa activă a plăcuţelor se rectifică cu acestea montate când este permis accesul discului abraziv caz în care precizia dispozitivului este mai bună, sau nemontate când precizia dispozitivului este mai scăzută datorită erorilor de asamblare. Pentru rectificare se asigură un adaos de prelucrare la cota H de +0,3 - +0,2 mm. Gama dimensiunilor este prezentată în tabelul 5.2. Tabelul 5.2 – Dimensiunile plăcuţelor de orientare Cota

Interval de dimensiuni

Toleranţă h6 sau

H

6,3 - 25

+0,3 +0,7

B L d1

10 - 40 25 - 250 4,5 - 14

STAS STAS H13

c. Mese de orientare (fig. 5.7.): Sunt elemente de orientare de dimensiuni relativ mari, prevăzute pe suprafaţa activă cu o serie de canale, în scopul aşezării cât mai corecte a semifabricatelor. Se utilizează în cazul orientării semifabricatelor cu rigiditate scăzută şi baza de aşezare a acestora îngrijit prelucrată.

58


Figura 5.7 – Masă de orientare

5.1.2. Reazeme principale reglabile Aceste reazeme sunt utilizate în cazul orientării semifabricatelor cu abateri mari la dimensiuni, sau în cazul aplicării tehnologiilor de grup, când apare frecvent necesitatea reglării înălţimii reazemelor în funcţie de dimensiunile semifabricatelor. În aceste situaţii, reazemele fixe se înlocuiesc parţial sau total cu reazeme reglabile. Reazemele reglabile pot fi: cu cep şi cu plăcuţă. Reazeme principale reglabile cu cep În fig. 5.8. sunt prezentate câteva tipuri de reazeme reglabile cu cep. În general, acţionarea acestora se face cu ajutorul mecanismelor şurub - piuliţă. În fig. 5.8. a, b, c, reglarea reazemelor se poate face prin înşurubare sau deşurubare cepurilor (1) în bucşele filetate (3), asigurate cu şuruburile (5). Blocarea în poziţia reglată se face cu ajutorul piuliţelor (2). În fig. 5.8. d, este prezentată un reazem reglabil sub forma unui cric. Pe şurubul de reazem (2), fixat în corpul dispozitivului (3), se înşurubează piuliţa tip ciupercă cu mâner (1), pe care se sprijină semifabricatul.

Figura 5.8 – Reazeme principale reglabile cu cep


59

O astfel de construcţie se recomandă atunci când între semifabricat si corpul dispozitivului exista un spaţiu suficient pentru manevrarea mânerului (1). În fig. 5.8. e şi f, cepurile (1) se reglează cu piuliţele (2). Şuruburile (3) introduse în canalele longitudinale ale cepurilor împiedică rotirea acestora , obligându-le să se deplaseze numai pe direcţie verticală. În fig. 5.8.e, piuliţa de acţionare (2), este înglobată în corpul dispozitivului. În fig. 5.8.f, piuliţa de acţionare (2) este reţinută pe corpul dispozitivului de către semirondelele (5) şi şuruburile (6). Construcţia reazemelor reglabile nu este standardizată. Standardele 8880 -80 şi 8883 -80 reglementează doar construcţia cepurilor de reazem. Reazeme principale reglabile cu plăcuţă Sunt utilizate atunci când reazemul trebuie să prezinte o suprafaţă activă relativ mare. Două tipuri de reazeme reglabile cu plăcuţă sunt prezentate în fig. 5.9. Plăcuţa de reazem (2) (fig.5.9.a) este reţinută pe corpul dispozitivului (4) de şurubul (3), fiind ghidată într-un canal executat în corpul dispozitivului (secţiunea A A). Aceasta se poate ridica sau coborâ prin acţionarea şurubului (1).

a)

b) Fig. 5.9 - Reazeme principale reglabile cu plăcuţă

Plăcuţa de reazem (2) din fig. 5.9. b, este acţionată cu ajutorul piuliţei (3) înşurubată pe capătul prezonului 1. Coborârea plăcuţei este asigurată de arcul elicoidal 5. Domeniile de reglare al acestor reazeme este restrâns, deoarece unghiul de înclinare nu trebuie să depăşească 11o, pentru a nu încărca şuruburile cu eforturi axiale prea mari.

60


5.1.3. Reazeme principale autoreglabile Reazemele principale autoreglabile sunt utilizate pentru orientarea semifabricatelor pe suprafeţe care prezintă abateri mari de la forma geometrică, de la poziţia relativă sau abateri dimensionale. Aceste reazeme pot înlocui parţial reazemele fixe, atunci când sunt folosite pe baze de aşezare sau ghidare, sau total când sunt folosite pe baze de sprijin. Reazemele autoreglabile vin în contact cu semifabricatul în două sau trei puncte înlocuind în ambele cazuri câte un singur reazem fix. În figura 5.10 se prezintă orientarea a două semifabricate de formă stelată. În figura 5.10.a semifabricatul având un multiplu de trei braţe stelate echidistante poate fi aşezat fără dificultăţi pe trei reazeme fixe. Semifabricatul din figura 5.10.b având patru braţe, nu permite plasarea convenabilă a celor trei reazeme fixe determinante, ale bazei de aşezare, motiv pentru care unul din reazemele fixe se va înlocui cu un reazem autoreglabil. Acesta susţinând semi-fabricatul pe două braţe, înlocuieşte prin oscilare reazemul fix care ar fi trebuit să se găsească teoretic pe axa de simetrie y-y. Aceasta reprezintă un mod de utilizare a reazemelor autoreglabile pe baze de aşezare.

Figura 5.10 – Cazuri de utilizare a reazemelor autoreglabile pe baza de aşezare

În figura 5.11 se prezintă cazul de utilizare a reazemelor autoreglabile pe o bază de ghidare. Dacă semifabricatul din figura 5.11.a se poate ghida corect pe cele două reazeme fixe A, pentru semifabricatul din figura 5.11.b acest lucru nu este posibil deoarece unul dintre reazemele fixe ar trebui să vină în contact cu semifabricatul în două puncte situate în plane diferite, datorită abaterilor dimensionale. Reazemul fix superior a fost înlocuit cu un reazem autoreglabil oscilant (1), care prin oscilare vine în contact cu semifabricatul în două puncte diferite, indiferent de abaterea dimensională a acestuia.


61

Figura 5.11 – Cazuri de utilizare a reazemelor autoreglabile pe baza de ghidare

În figura 5.12 se prezintă necesitatea înlocuirii unui reazem fix cu un reazem autoreglabil pe o bază de sprijin.

Figura 5.12 – Cazuri de utilizare a reazemelor autoreglabile pe baza de sprijin

Figura 5.13 – Reazem autoreglabil tip pană disc

În figura 5.12, a reazemul fix (A) asigură o sprijinire (rezemare) bună pentru semifabricatul de tip arbore plin, în schimb pentru bucşa sau arborele tubular din figura 5.12, b sunt necesare trei puncte de sprijin , care să poată oscila în jurul unui punct fix, pentru a compensa abaterile de la perpendicularitate ale suprafeţei frontale. În acest scop reazemul fix (A), a fost înlocuit cu un reazem autoreglabil (1), sub forma unei calote sferice, care se poate autoaşeza (autoregla) în raport cu poziţia suprafeţei frontale a semifabricatului. În figurile: 5.13-5.19, sunt redate câteva tipuri constructive de reazeme autoreglabile la care contactul cu semifabricatul se face în două puncte.

62


Reazemul din figura 5.13 este construit sub forma unei pene disc 2, reţinută într-un canal practicat în corpul dispozitivului 1, de către bolţul 3, introdus într-o gaură alungită practicată în reazemul 2. În figura 5.14 elementele de reazem verticale 2 se sprijină pe feţele înclinate 0 la 45 ale unui plunjer orizontal 3, prin a cărui deplasare se asigură autoaşezarea reazemelor pentru a veni în contact cu semifabricatul .

Figura 5.14 – Reazem autoreglabil tip pană-plunegere

În figura 5.15 este prezentat un reazem auto-reglabil cu două plunjere verticale 1 şi o pârghie oscilantă 2. În acest caz efortul preluat de reazem nu este transmis bolţului articulaţiei, ci prin pârghia 2 se transmite direct corpului dispozitivului. Reazemele verticale sunt ghidate de bucşele 5 şii limitate în deplasarea verticală de plăcuţele 4. În figura 5.16 cele două plungere verticale 1 şi 2, sunt ghidate în bucşele de ghidare 3 şi 4 si se sprijină pe pârghia oscilantă 5, articulată pe bolţul 6. Bucşele 7 şi 8 introduse presat pe plungere şi cu joc pe bucşele de ghidare au rol de protecţie a suprafeţelor de ghidare a reazemelor verticale împotriva pătrunderii impurităţilor. Arcul lamelor 9 ajută la menţinerea echilibrului pârghiei în repaus. Acest reazem prezintă dezavantajul că efortul preluat de la semifabricat se transmite bolţului 6.


63

Fig. 5.15 – Reazem autoreglabil cu pârghie şi plungere

Figura 5.16 – Reazem autoreglabil cu pârghie oscilantă şi plungere

Figura 5.17 – Reazem autoreglabil tip calotă sferică

În figurile 5.17, 5.18, şi 5.19 sunt prezentate trei tipuri constructive de reazeme autoreglabile la care contactul cu semifabricatul se face în trei puncte, înlocuind un reazem fix. Reazemul autoreglabil triplu din figura 5.17 este de tip calotă sferică format din corpul 1, calota sferică 3, şurubul de reţinere 2 al calotei sferice . Pentru a evita blocarea reazemului în timpul funcţionării cota h se recomandă să îndeplinească condiţia: h  2 3  R .

64

Figura 5.18 – Reazem autoreglabil tip calotă sferică şi plungere


Figura 5.19 – Reazem autoreglabil cu bile role şi plungere

O altă construcţie de reazem autoreglabil triplu este prezentată în figura 5.18. Semifabricatul prevăzut cu alezaj, este introdus pe bolţul (7) şi este sprijinit frontal pe trei elemente de reazem (4), susţinute de calota sferică, autoreglabilă (3). Arcurile elicoidale (5) servesc la restabilirea poziţiei de echilibru a reazemului. Bucşele filetate (6) asigură ghidarea plunjerelor (4) şi susţinerea arcurilor (5). Cele două semicorpuri (1) şi (2) ale reazemului sunt asamblate prin şuruburi. Reazemul triplu din fig. 5.19 este format din plunjerele verticale (1), care sunt acţionate prin intermediul bilei (2), a plunjerelor orizontale (7) şi a bilelor intermediare (3) pentru a veni în contact corect cu semifabricatul. Arcurile elicoidale (4) asigură echilibrarea reazemului iar şurubul (5) limitează cursa de lucru.

5.2. Reazeme principale pentru suprafeţe curbe Pentru orientarea semifabricatelor pe suprafeţe curbe, cilindrice sau conice (exterioare sau interioare) în vederea prelucrărilor mecanice, operaţiilor de asamblare şi control, se utilizează elemente de construcţie corespunzătoare. Aceste reazeme sunt de tipul prismelor, bucşelor şi bolţurilor. Acestea sunt folosite ca reazeme principale , în vederea eliminării gradelor de libertate, ele eliminând două-trei, sau patru grade de libertate. 5.2.1 Prisme de orientare Prismele de orientare sunt elemente folosite pentru orientarea semifabricatelor pe suprafeţe cilindrice exterioare. Suprafeţele active ale prismelor sunt formate din două plane înclinate sub un unghi , care are valorile cele mai utilizate de 60 0, 900, 1200. Prismele elimină două sau patru grade de libertate. Deci înlocuieşte două baze de sprijin sau două baze de ghidare. Dacă lungimea feţelor de lucru ale prismelor este mică, prisma se numeşte îngustă şi ea constituie bază dublă de spijin figura 5.20. Prismele cu lungimea feţelor de lucru mare se numesc prisme lungi şi ele constituie bază dublă de ghidare.


65

În figura 5.21 este reprezentată o prismă normală care elimină patru grade de libertate (două translaţii şi două rotaţii). Prismele au practicat un canal care degajează vârful celor două feţe permiţând o rectificare corectă a feţelor de orientare. Muchiile sunt teşite, permiţând o deplasare uşoară a semifabricatului în lungul prismei şi o curăţire comodă de aşchii fără pericol de accidentare. Fig. 5.20 – Prisme înguste: a) detaşabile; b) Prismele înguste pot fi construite monobloc monobloc cu placa de bază , figura 5.20 b, ceea ce asigură o precizie de orientare mai bună, dar necesită un volum mai mare de manoperă şi un consum mare de material, sau pot fi construite detaşabil, fiind fixate pe placa de bază cu şuruburi, figura 5.20 a. Prismele înguste pot fi utilizate pentru orientarea semifabricatelor scurte, sau semifabricatelor lungi, când se utilizează prisme înguste duble. Dacă semifabricatele sunt în trepte, prismele sunt inegale. Construcţia şi dimensiunile prismelor sunt reglementate de STAS 8881-82.

Figura 5.21 – Prismă normală

În figura 5.21 se prezintă construcţia unei prisme standardizate, cu elementele caracteristice, fixarea prin găuri de trecere, sau filetate, iar în figura 5.22, se prezintă o prismă cu fixare laterală.


66

Figura 5.22 – Prismă îngustă cu fixare laterală

Figura 5.23 – Reazem reglabil cu prismă

Dacă prismele fac parte din dispozitive utilizate în tehnologia de grup, acestea se asamblează pe suporţi mobili devenind reazeme reglabile cu prisme (fig. 5.23). Există situaţii când pentru orientarea semifabricatelor sunt necesare prisme mobile. În figura 5.24 a, b sunt prezentate două tipuri de prisme mobile, utilizate în construcţia dispozitivelor. Materialul utilizat pentru executarea prismelor cu dimensiuni mici este OSC 8 STAS 1700-80, călit şi revenit la HRC 56-60, iar pentru prisme mari OLC 15 STAS 880-80, cementat pe adâncimea de 0,8-1,2 mm şi călit la 56-60 HRC. Feţele active ale prismelor se rectifică. Rectificarea se poate face fie cu prismele montate pe corpul dispozitivului, atunci când este permis accesul discului abraziv, caz în care precizia de orientare este mai bună, fie cu prismele nemontate când precizia scade datorită erorilor de asamblare.

a

b Fig. 5.24 - Prisme mobile


Fig. 5.25 - Schemă de calcul a lăţimii active

tg

 2



AB b

67 Prismele se construiesc după o gamă de diametre evidenţiate prin modul de notare. De exemplu “Prisma 20-25 STAS 8881-82” arată faptul că pe această prismă se pot orienta semifabricate cilindrice a căror diametru exterior poate fi cuprins între 20 şi 25 mm. Lăţimea activă a feţelor prismei este calculată în aşa fel încât punctul de tangenţă cu semifabricatul de diametru cuprins în gama de diametre corespunzătoare mărimii prismei, să fie în interiorul punctelor de tangenţă cu semifabricatul de diametru maxim, respectiv minim. Din figura 5.25 se poate calcula lăţimea b a feţei active a unei prisme. Din triunghiul ABD rezultă:

(5.1)

sau,

b

Dmax  Dmin 2tg



(5.2)

2

5.2.2. Controlul prismelor de orientare Pentru proiectarea şi controlul prismelor se impune determinarea unor dimensiuni caracteristice. Proiectantul alege din STAS în funcţie de dimensiunile semifabricatului şi precizia impusă prelucrării prisma corespunzătoare, sau stabileşte constructiv pentru prismele de construcţie specială anumite dimensiuni, iar altele le calculează. Elementele geometrice care se iau în considerare la proiectarea şi controlul unei prisme sunt: (fig. 5.26)   - unghiul dintre cele două feţe care se alege în funcţie de precizia impusă prelucrării;  H - înălţimea prismei, adoptată constructiv, astfel ca suprafaţa superioară a prismei să se afle sub axa orizontală a semifabricatului sau eventual la aceeaşi înălţime;  Hv - se alege între 8Figura 5.26 – Controlul prismelor de orientare 25 mm, încât să nu apară pericolul fisurării prismei la tratamentul termic, sau în timpul exploatării dispozitivului.


68

 Dc - diametrul dornului de control - se ia egal cu valoarea maximă a diametrului semifabricatului din gama respectivă.  H0 - serveşte la stabilirea lanţului de dimensiuni necesar obţinerii unei anumite poziţii a semifabricatului în raport cu masa maşinii-unelte şi cu scula aşchietoare.  N - cota de trasaj a prismei. Pentru determinarea dimensiunii de control Hc ne folosim de figura 5.26. Hc = H + EO + OB

(5.3)

EO = VO – VE

(5.4)

Dc 2

(5.5)

OB 

Din triunghiul AOV rezultă:

VO 

AO sin

Dc





2sin

2

(5.6)

 2

Din triunghiul MEV rezultă:

VE 

EM 2tg

N





2tg

2

(5.7)

 2

sau:

EO 

Dc 2sin



N



2tg

2

(5.8)

 2

Înlocuind în relaţia (5.3), rezultă:

Hc  H 

Dc 2sin

 2



N 2tg





Dc 2

(5.9)

2

sau   Dc  1  N 1  Hc  H    2   sin  2tg  2 2

(5.10)

Pentru prismele utilizate în modul cel mai frecvent în construcţia dispozitivelor având =600, 900, 1200,se obţin valorile:  = 600; Hc =H + 1,5 Dc – 0,865 N

(5.11)

 = 900; Hc =H + 1,20 Dc – 0,5 N

(5.12)

 = 1200; Hc =H + 1,087 Dc – 0,289 N

(5.13)

Cota Hc poate fi măsurată practic cu uşurinţă spre deosebire de cota N.


69

Astfel pentru a cunoaşte mărimea de creştere a cotei H c’ în cazul unui semifabricat oarecare de diametru Dc’ se face diferenţa:    1   Dc'Dc     Hc'Hc   1     2    sin  2

(5.14)

Deci măsurând practic cota Hc pentru un dorn de control de diametrul Dc, vom putea calcula aceiaşi cotă pentru oricare alt semifabricat, fără a mai măsura elementele prismei (exceptând unghiul α). În acest mod se evită introducerea de erori de calcul ca urmare a măsurării cotelor H şi N. Pentru calculul cotei de control se pot utiliza şi alte relaţii de calcul: Dc 2

Hc  HO  OE  Ho  Hc  Ho 

(5.15)

Dc 2

(5.16) unde H0, este distanţa de la baza prismei la axa dornului de control, sau: HC=HV + VB

VB  VO  OB 

(5.17)

Dc 2sin





Dc 2

(5.18)

2

sau:   Dc  1  1  Hc  Hv   2   sin   2

(5.19)

unde: Hv, este distanţa de la baza prismei la intersecţia feţelor prismei. 5.2.3. Bolţuri şi dornuri cilindrice de orientare Bolţurile şi dornurile cilindrice sunt elemente de orientare pentru suprafeţe cilindrice interioare, care pot constitui baze de centrare (bolţurile) sau baze duble de centrare (dornurile) Bolţurile şi dornurile, din punct de vedere constructiv pot fi: rigide sau elastice. Acestea pot fi realizate cu guler fix, figura 5.27, cu guler detaşabil, figura 5.28 sau fără guler, figura 5.29, cu secţiune cilindrică (figura 5.27a; 5.28; 5.29 a), sau rombică, figura 5.27 b şi 5.29 b. Bolţurile se execută cu guler în cazul diametrelor mici (până la 18 mm), gulerul servind atât la asamblarea lor pe corpul dispozitivului cât şi la orientarea semifabricatului. Bolţurile de dimensiuni mari se execută fără guler, orientarea semifabricatului făcându-se pe elemente de reazem separate.

70


Dacă gulerul bolţului trebuie să aibă suprafaţă mare, acesta se realizează separat şi se asamblează pe corpul dispozitivului cu şuruburi şi ştifturi, iar bolţul se introduce în guler presat (figura 5.28 a, şi b). În figura 5.28 c, este prezentat un bolţ cu guler detaşabil la care bolţul este presat în corpul dispozitivului.

Figura 5.27 – Bolţuri de orientare cu guler fix

Se utilizează atunci când apar uzuri mari la guler, putându-se schimba uşor. În cazul dispozitivelor utilizate în tehnologia de grup sau la prelucrări care provoacă o uzură rapidă a bolţurilor, se recomandă construcţia din figura 5.28 d, când bolţul se asamblează prin intermediul unei bucşe de uzură şi se fixează cu o piuliţă. Materialul utilizat pentru execuţia bolţurilor este OSC 10 STAS 1700-80, călit, revenit la 55...58 HRC pentru d<15 mm şi OLC 15 STAS 880-80, cementat pe adâncimea de 0,8-1,2 mm şi călit, revenit la 55...58 HRC pentru d>15 mm.


71

Figura 5.28 – Bolţuri de orientare cu guler detaşabil

Figura 5.29 – Bolţuri de orientare fără guler

În figura 5.30 se prezintă un dorn rigid, utilizat pentru orientarea semifabricatelor lungi. Dornul se fixează în alezajul arborelui principal al maşiniiunelte.

72


Figura 5.30 – Dorn cu coadă conică

5.3. Elemente de orientare pe suprafeţe conice Elementele de orientare a semifabricatelor pe suprafeţe conice pot fi de tip bolţuri sau bucşi conice. Bolţurile şi bucşele conice devin baze de centrare şi sprijin, când au lungime mică, sau baze duble de centrare şi sprijin când au lungime mare. Boţurile şi bucşele conice de dimensiuni mici se execută cu suprafeţe active lisă (fig. 5.31 a), iar în caz contrar cu suprafeţe active segmentate (fig. 5.31 b, c şi d), pentru asigurarea unui contact corect între semifabricat şi acesta. Bolţurile conice sunt prevăzute cu coadă în vederea montării prin presare în corpul dispozitivului, iar bucşele conice pot fi prevăzute cu cep de fixare (fig. 5.31 c) sau găuri de fixare (fig. 5.31 d). În figura 5.31 e se prezintă o bucşă conică mobilă. Bucşele şi bolţurile se execută din OLC 15, STAS 880-80, cementat pe adâncimea de 0,8-1,2 mm şi călit, revenit la 54...58 HRC. În categoria reazemelor pentru suprafeţe conice interioare intră şi vârfurile utilizate pentru orientarea semifabricatelor la operaţii de strunjire şi rectificare cilindrică exterioară. Vârfurile de orientare a semifabricatelor pot fi fixe sau mobile. Vârfurile sunt prevăzute cu o suprafaţă conică de orientare de regulă la 60 0 şi o coadă conică pentru fixarea în alezajul arborelui principal sau al păpuşii mobile. Datorită eforturilor mari de frecare la care sunt supuse vârfurile fixe, acestea tind a fi înlocuite cu vârfuri mobile (rotative). Vârfurile fixe pot realiza compensarea axială a abaterilor semifabricatelor, putându-se deplasa axial (fig.5.32) astfel încât se asigură o tamponare frontală a semifabricatelor.


73

Figura 5.31 – Bolţuri şi bucşe conice fixe şi mobile

Vârfurile rotative universale pot fi adaptate la orice strung sau maşină de rectificat rotund şi ele sunt de două tipuri: a) pentru semifabricate prevăzute cu găuri de centrare; b) pentru semifabricate tubulare.

Figura 5.32 – Vârf conic mobil

74


În figura 5.33 se prezintă un vârf de orientare rotativ, universal pentru găuri de centrare. Este format din corpul (1), prevăzut cu o coadă conică Morsesau I.S.O vârful conic (2), rulmenţii radiali (3), (4) care preiau eforturile radiale, rulmentul axial (5), care preia eforturile axiale şi capacul de protecţie (6).

Figura 5.33 – Vârf conic rotativ

Vârful rotativ din figura 5.34 este prevăzut cu o ciupercă (7), pe vârful conic, fiind utilizat pentru orientarea semifabricatelor tubulare. În figura 5.35 este prezentat un vârf rotativ cu indicator pentru înregistrarea forţei axiale. Sub acţiunea forţei axiale, vârful conic (1), deplasează inelul (2), care apasă cu porţiunea conică asupra vârfului comparatorului (3), deformând arcurile disc (4) şi indicând forţa axială. În figura 5.35 este prezentat un vârf de orientare şi antrenare, având un antrenor (2), de tip calotă sferică dinţată.

Figura 5.34 – Vârf conic rotativ cu ciupercă

Vârful conic mobil realizează orientarea semifabricatului, iar deplasarea lui axială permite un contact bun între antrenorul dinţat şi suprafaţa frontală a semifabricatului, preluând abaterile găurilor de centrare. Vârful de orientare mobil (1), este menţinut în exterior de către arcul (3), cursa fiind limitată de către ştiftul (7).


75

Antrenorul dinţat (2) se poate mişca într-un locaş sferic practicat în corpul (4), permiţând autoaşezarea acestuia şi este antrenat prin bolţurile (6).

Fig. 5.35 – Vârf conic de orientare şi antrenare cu calotă sferică


76

CAPITOLUL 6 PRECIZIA ORIENTĂRII SEMIFABRICATELOR ÎN DISPOZITIVE 6.1. Introducere În procesul de prelucrare dimensiunile pieselor se obţin pe un anumit interval, acceptat prin toleranţele valorilor nominale ale dimensiunilor. În general abaterile care apar în procesul prelucrării pot fi: abateri dimensionale, de formă, de poziţie şi de netezime. Asupra apariţiei erorilor de prelucrare acţionează o serie de factori, sistematic sau întâmplător. Printre aceşti factori o importanţă deosebită o prezintă eroarea de instalare a semifabricatului în dispozitiv. Eroarea de instalare a semifabricatului în dispozitiv, depinde de precizia orientării, a fixării, precum şi de construcţia dispozitivului şi este data de relaţia:

 i   02   2f   2d

(6.1)

în care: 0 - reprezintă eroarea de orientare a semifabricatului în dispozitiv; d - reprezintă eroarea datorată construcţiei dispozitivului; f - reprezintă eroarea de fixare a semifabricatului în dispozitiv. Eroarea de instalare reală trebuie să fie mai mică decât eroarea admisibilă:

 i   iadm a cărei mărime se poate aproxima cu relaţia:

1  iadm    3

1 T 2

(6.2)

unde T reprezintă toleranţa prescrisă suprafeţelor de generat.

6.2. Calculul erorilor de orientare a semifabricatelor în dispozitive Apariţia erorilor de orientare au drept cauze principale următoarele:  lipsa coincidenţei dintre bazele de cotare şi cele de orientare;  existenţa abaterilor dimensionale la cotele semifabricatelor;  existenţa abaterilor de la poziţia reciprocă corectă a bazelor de orientare;  existenţa abaterilor de la forma geometrică corectă a bazelor de orientare;  existenţa abaterilor de la netezime a bazelor de orientare;  existenţa unor jocuri între bazele de orientare şi reazeme etc.


77

Aceste abateri conduc la o modificare a poziţiei bazelor de cotare faţă de bazele de orientare. Mărimea dimensiunii în care are loc dispersia poziţiei bazei de cotare reprezintă mărimea erorii de orientare (bazare). Erorile de orientare pot fi liniare sau unghiulare. Erorile de orientare liniare şi unghiulare se determină pe baza teoriei lanţurilor de dimensiuni, conform relaţiei: n

L  l   li

(6.3)

i1

unde: L – reprezintă dimensiunea de calcul respectiv distanţa de la baza de orientare la baza de cotare, pe direcţia cotei de prelucrat; li – elementele lanţului de dimensiuni. Înlocuind abaterile dimensionale cu toleranţele prescrise se obţine câmpul de dispersie a dimensiunii L: n

TL   Tli    Tli i 1

(6.6)

Cunoscând că distribuţia abaterilor elementelor componente unui lanţ de dimensiuni se supune unei legi normale, rezultă:

TL   0 

n

T i 1

2 li

(6.7)

în care dispersia dimensiunii L este tocmai eroarea de orientare  0 .

6.3. Calculul erorilor de orientare a semifabricatelor pe suprafeţe plane În cazul orientării semifabricatelor pe suprafeţe plane apar erori de orientare liniare sau unghiulare, determinate de necoincidenţa bazelor de orientare cu bazele de cotare, datorită abaterilor dimensionale, datorită abaterilor de la forma geometrică, de la poziţia suprafeţelor, precum şi a abaterilor de la netezimea suprafeţelor de orientare. 6.3.1. Influenţa abaterilor dimensionale asupra erorilor de orientare La prelucrarea semifabricatelor din producţia de unicate sau serie mică, nu apar erori de orientare, ele fiind eliminate prin reglarea corespunzătoare a sculei aşchietoare faţă de bazele de cotare pentru fiecare semifabricat în parte. Componenta dimensională a erorilor de orientare apare la producţia de serie mare şi masă, când se lucrează cu scule reglate la cotă faţă de elementele fixe ale dispozitivelor, numite baze de reglaj (BR). Fiecare cotă este însoţită de o toleranţă dimensională (T), astfel încât perechii cotă-toleranţă i se asociază părţile componente ale erorii s (sistematică) şi  (aleatoare). De exemplu la obţinerea cotelor a şi b la semifabricatul din figura 6.1. pentru determinarea erorilor de orientare se procedează astfel:


78

Fig. 6.1 – Schemă pentru calculul erorilor de orientare (varianta 1)

Fig.6.2. .Schemă pentru calculul erorilor de orientare-varianta 2

 se identifică bazele de orientare ale semifabricatului (BO).  se stabilesc bazele de reglaj (BR) şi cotele de reglaj (CR), unind (BR) cu bazele de prelucrare (BP);  se formează lanţuri de dimensiuni în care intră obligatoriu (CR) şi dimensiunile de obţinut, pornind de la (BR) elementul fix al dispozitivului. Dacă lanţul de dimensiuni se înscrie pe altă direcţie decât cea a dimensiunii în calcul, aceasta se va proiecta pe această direcţie. Pentru exemplul dat, lanţul de dimensiuni va fi: pentru cota „b”:

CRb  b  A  0

(6.6)

b  A  CRb

(6.7)

Variaţia cotei b, va depinde de variaţia cotelor din lanţul de dimensiuni, respectiv toleranţele cotelor respective. Cum CR, este o cotă fixă fără variaţii, vom obţine:

0 b   A ; sb   s A

(6.8)

pentru cota „a”:

CRa  a deci

 o a  0

(6.9)

Baza de orientare, coincide cu baza de cotare. În concluzie eroarea de orientare este dată de toleranţa elementului sau elementelor care leagă baza de orientare (BO) cu baza de cotare (BC). Pentru reducerea sau eliminarea erorilor de orientare în exemplul de prelucrare dat se poate schimba sistemul bazelor de orientare conform figurii 6.2., avem:


79

Fig.6.3 – Schemă pentru calculul erorilor de orientare-varianta 3

o b  0

(6.10)

o a  0

(6.11)

La obţinerea suprafeţelor axd din figura 6.3, vom avea:

0 d  0  c

(6.12)

cum aceste abateri apar la valorile maxime cu totul întâmplător, se foloseşte relaţia probabilistică: 2 2  0 d  b  c  eroare aleatoare   sd   sb  sc  eroare sistematica

(6.13)

La obţinerea canalului de dimensiuni bxc, din figura 6.4, se pot utiliza diferite moduri de orientare şi anume: a) pe două suprafeţe plane perpendiculare (fig. 6.4), când rezultă:

Fig. 6.4 – Schemă pentru calculul erorilor de orientare (varianta 4)

Figura 6.5 – Schemă pentru calculul erorilor de orientare (varianta 5)

0 a  0 , deoarece BOa  BCa Cota ce se obţine prin alegerea corespunzătoare a sculei.

(6.14)


80

0 b   A deoarece BOb  BCb  sb  sA

(6.15)

Pentru calculul erorii de la simetrie a cotei c, se observă că baza de cotare BC(c) este tocmai axa de simetrie a piesei, iar baza de orientare este baza de ghidare a piesei, deci:

B  0  c   2  s c   sB  2

(6.16)

b) semifabricatul orientat într-un ghidaj cu joc funcţional (fig. 6.5). Datorită jocului existent, când aceasta este maxim apare eroare la cota a: 0 a   BD  Bp  sa   sBD  sBp

(6.17)

sau probabilistic: 2 2 oa   BD  Bp

(6.18)

BD şi BP reprezintă componentele aleatorii ale erorilor la cota B a dispozitivului, respectiv semifabricatului. Scula reglându-se faţă de axa de simetrie a ghidajului, va apare o eroare la simetrie a canalului c.  0  c  

Jmax Jmax   Jmax 2 2

(6.19)

considerând că are loc contactul semifabricatului cu ghidajul pe ambele feţe, sau: 2 2 0c   BD  Bp

(6.20)

Erorile de orientare trebuie să respecte relaţia (6.2.) Dacă nu este posibil se poate utiliza un mecanism autocentrant (fig.6.8). În acest caz avem:

0  c   0

Fig. 6.6 – Schemă de calcul a erorilor de orientare în sisteme autocentrante

(6.21)


81

6.3.2. Influenţa abaterilor de la poziţia relativă a suprafeţelor asupra erorilor de orientare. Dacă semifabricatul din figura 6.7, prezintă o abatere unghiulară  a două suprafeţe, semifabricatul translatează pe baza de aşezare până la atingerea bazei de ghidare sau sprijin lateral, astfel încât la cota c se obţine o eroare, a cărui valoare depinde şi de abaterea unghiulară. Considerând contactul dintre semifabricat şi reazem în punctul B şi nu în C (cu aproximare), se obţine:

Fig. 6.7 – Schemă de calcul al erorilor de orientare datorate abaterilor de la poziţie

0 c   b  htg  b  h

Ta b

Fig.6.8 – Schemă de calcul al erorilor de orientare datorate abaterilor de la poziţie

(6.22)

Rezultă din această relaţie că eroarea cotei C este cu atât mai mare cu cât reazemele se află plasate mai jos. Pentru o distribuire simetrică a erorilor, atunci când este posibil se recomandă plasarea reazemelor laterale la cota: h  b / 2 . Aşezarea semifabricatului în dispozitiv se poate face atât pe planul M cât şi pe planul N, (figura 6.8), astfel încât rezultă eroarea totală la cota c.

 c   20c   2b  h

Ta b

(6.23)

La orientarea semifabricatelor pe suprafeţe plane pot interveni şi erori cauzate de rugozitatea acestora. Acest lucru apare de regulă la suprafeţe rugoase, neprelucrate, sau prelucrate prin degroşare. Valoarea erorii de orientare se determină cu relaţia aproximativă:

0  0,01 a  L

(6.24)

unde a este un factor de proporţionalitate cu valorile: a = 0,4 – pentru piese turnate în formă de nisip; a = 0,25 – pentru piese turnate în cochile sau forme de ceară; a = 0,15 – semifabricate turnate cu precizie. Abaterea de la forma geometrică a suprafeţelor (macro-neregularităţi) influenţează la fel mărimea erorilor de orientare. Dacă se ţine cont de toţi factorii care determină erorile de orientare se obţine relaţia generală:

  2  2  2  2 0 D p F N  s  sD  sF  sP  sN

(6.25)

82


D = componenta aleatoare a erorii dimensionale; F = componenta aleatoare a erorii de formă; P = componenta aleatoare a erorii de poziţie; N = componenta aleatoare a erorii de netezime; s = componentele sistematice corespunzătoare. Aceste componente ale erorilor pot să apară în totalitate sau numai parţial funcţie de poziţia relativă a bazelor de orientare faţă de bazele de cotare, poziţie care poate să conducă după cum s-a arătat la necoincidenţă, coincidenţă parţială, sau coincidenţă totală a celor două tipuri de baze.

6.4. Calculul erorilor de orientare a semifabricatelor pe suprafeţe cilindrice exterioare 6.4.1. Orientarea pe prisme Precizia orientării în acest caz este influenţată de mai mulţi factori şi anume:  toleranţa la diametrul semifabricatului (TD);  unghiul prismei;  poziţia suprafeţei de prelucrat, faţă de axa prismei (), ş.a. Se consideră cazul general, în care semifabricatul orientat pe o prismă se prelucrează o suprafaţă plană care face un unghi  cu axa prismei, figura 6.9.

Figura 6.9 – Schemă pentru calculul erorilor de orientare pe prisme-caz general

Datorită variaţiei diametrului, bazele de orientare (practic, generatoarele de contact dintre semifabricat şi prismă) se vor deplasa din punctele A 1 în A, iar bazele de cotare ale dimensiunilor h0, h1,h2 se vor deplasa din punctele O1,B1,C1 în punctele O,B,C, determinând pe direcţiile de măsurare erorile de orientare:


83

şi 0 h2  egale cu segmentele O1O' ; B1B' ; C1C' . 0 h0 ; 0 h1  Relaţiile de calcul ale acestor erori se determină astfel:

0 h0   O1O'  EO

(6.26)

din O1OE rezultă:

EO  O1O sin

(6.27)

din O1OF rezultă

O1O 

EO 

TD

(6.28)

 2 sin 2

TD sin  2 sin 2

 0 h 0  

(6.29)

TD sin  2 sin 2

(6.30)

0 h1   B1B'  O1B1  O1B' 

D  O1B' 2

O1B'  EB  EO  OB  O1O sin 

 0 h1  

d TD sin d   2 2 sin  2 2

D TD sin d TD TD sin      2  2 2 2 sin 2 sin 2 2

(6.31) (6.32)

(6.33)

de unde:

  TD  sin  0 h1   1  2  sin   2  0 h2   C1C'  O1C1  O1C' 

EC  OC  OE 

 0 h 2  

de unde:

(6.34)

D  EC 2

d TD sin   2 2 sin 2

D d TD sin TD TD sin       2 2 2 2 sin 2 sin 2 2

(6.35) (6.36)

(6.54)


84

    TD  sin   0 h 2   1  2  sin   2 

(6.55)

De regulă unghiul  ia valorile 0 0 ; 900 ;  / 2 , (figurile 6.10, a, b, c), expresiile luând valorile din tabelul 6.1.

a)

b)

c)

Fig. 6.10 – Cazuri particulare la orientarea semifabricatelor pe prisme

Tabelul 6.1 – Valorile erorilor de orientare pe prisme 0 0

TD sin  2 sin 2     TD  sin   0 (h 1 )  1  2  sin   2      TD  sin   0 (h 2 )  1  2  sin   2 

 0 (h 0 ) 

 0  b

0 0

TD 2

TD 2

90

T0 1  2 sin  2    TD 1  1   2   sin   2     TD  1  1  2  sin   2 

TD

 2 sin 2

0

/2 TD 2

0

TD

TD 2


85

6.4.2. Orientarea în bucşe În multe situaţii se necesită orientarea semifabricatelor pe suprafeţe cilindrice exterioare în bucşi cilindrice în vederea prelucrării unor suprafeţe plane sau a unor alezaje radiale sau axiale. Bucşele utilizate pot fi rigide sau elastice. Se consideră semifabricatul din fig. 6.11 de diametru D la care se prelucrează o suprafaţă plană determinată ca poziţie de cotele h0 , h1 , şi h2 .Utilizând o bucşă rigidă, între diametrul interior al acesteia şi diametrul semifabricatului există un joc funcţional, care conduce la obţinerea următoarelor poziţii extreme ale semifabricatului faţă de bucşe (fig. 6.12). Scula aşchietoare fiind reglată la cota de reglaj CR, faţă de axa de simetrie a bucşei, apar următoarele erori de orientare:

Fig. 6.11 – Schiţa semifabricatului cilindric

Fig. 6.12 – Schemă pentru calculul erorilor de orientare în bucşi rigide

 0 h 0   j max

(6.39)

 0 h1   j max

(6.40)

 0 h 2   j max

(6.41)

Probabilistic, valorile erorilor maxime de orientare vor fi: 0 h0   0 h1   0 h2   B2  P2 sh0   sh1   sh2   sB  sP

(6.42)

unde (B) şi (P) reprezintă componenta aleatoare a erorii dimensionale a bucşei, respectiv a semifabricatului. În acest caz poate să apară şi o eroare de la simetrie a suprafeţei prelucrate (fig. 6.12) dată de relaţia: ( )  jmax  B2  P2 s  sB  sP

(6.43)

Pentru reducerea acestor erori de orientare se pot utiliza mecanisme cu bucşe elastică, fig. 6.13, rezultând următoarele erori de orientare:

 0 h 0   0

(6.44)


86

 0 h1  

TD 2

(6.45)

 0 h 2  

TD 2

(6.46)

Fig. 6.13 – Schemă de calcul al erorilor de orientare în bucşe elastice

În acest caz de orientare, dacă se impune realizarea cotei l 1, apar erori de orientare la această cotă datorită variaţiei cotei (d) în limita lui (T d) care va produce deplasarea bucşei elastice mai mult sau mai puţin, faţă de elementul fix al dispozitivului. Deci:

 0 l1   AC

(6.47)

Din triunghiul ABC, rezultă:

AC 

T BC  D   tg 2tg 2 2

(6.48)

de unde:

 0 l1  

TD  2tg 2

(6.49)

6.5. Calculul erorilor de orientare pe suprafeţe cilindrice interioare În multe situaţii se necesită orientarea semifabricatelor pe suprafeţe cilindrice interioare, în vederea prelucrării diferitelor suprafeţe. Elementele de orientare pe aceste suprafeţe sunt dornurile cilindrice rigide sau elastice. Se consideră semifabricatul din fig. 6.14, având diametrul alezajului dp , la care se necesită prelucrarea unui canal determinat de cotele h0 , h1 sau h2 , la care se pune în anumite situaţii şi condiţia de simetrie a suprafeţei prelucrate.


87

Fig. 6.14 – Schiţa semifabricatului cu alezaj

Pentru orientare se utilizează un dorn cilindric rigid. Datorită jocului funcţional existent între alezaj şi dorn apar următoarele poziţii ale semifabricatului faţă de dorn, fig. 6.15. Din această cauză apar la cotele de prelucrat erorile de orientare următoare:

 0 h 0   j max

(6.50)

 0 h1   j max 

TD 2

(6.51)

 0 h 2   j max 

TD 2

(6.52)

Având în vedere că nu întotdeauna semifabricatele sunt realizate la abaterile maxime, probabilistic erorile de orientare sunt:

 h   2  2 0 0 dP db  sh0   sdp  sdb

(6.53)

2  D   2 2 0 h1   dp  db     2   sD sh1   sdp  sdb  2 

(6.54)

2   0 h2   2dp  2db   D   2   sD sh2   sdp  sdb  2 

(6.55)


88

unde (dp) şi (db) reprezintă componentele aleatoare ale erorilor dimensionale ale alezajului respectiv bolţului,(sdp )şi (sdb),reprezintă componentele sistematice ale erorilor dimensionale. Eroarea de la simetrie a canalului faţă de axa semifabricatului (fig.6.15, c, d) este:

 0  a  j max

(6.56)

Fig. 6.15 – Schemă pentru calculul erorilor de orientare pe dornuri rigide – varianta 1

Pentru micşorarea erorilor de orientare la aceste cote se poate utiliza un dorn elastic, fig. 6.16, când erorile de orientare sunt:

 0 h 0   0

(6.57)

 0 h1  

TD 2

(6.58)

 0 h 2  

TD 2

(6.59)

 a  0

(6.60)

Dacă axa alezajului pe care se face orientarea prezintă a abatere de la perpendicularitatea faţă de suprafaţa frontală, exprimată prin unghiul , atunci toate cotele raportate la axa alezajului vor fi afectate de această eroare, figura 6.17.

 0 h0   (a)  2BC

(6.61)


89

din triunghiul ABC rezultă: BC  Htg

Fig. 6.16 – Schemă de calcul al erorilor de orientare pe dorn elastic – varianta 1

Fig. 6.17 – Schemă pentru calculul erorilor de orientare pe dornuri rigide – varianta 2

Fig. 6.18 – Schemă de calcul al erorilor de orientare pe dorn elastic – varianta 2

 0 h 0   (a)  2Htg

(6.62)

La cotele raportate la conturul exterior apar erorile:

  0 h1   0 h2   2Htg   D  2 2

2

(6.63)

La utilizarea dornurilor elastice, din această cauză apar erori de orientare la cotele ce se raportează la suprafeţele frontale, conform figurii 6.18, date de relaţia:

0 l1   l2  l3  D sin

(6.64)


90

6.6. Calculul erorilor de orientare a semifabricatelor pe suprafeţe conice Datorită toleranţei la diametrul alezajului conic apare eroarea de orientare la cota l dată de relaţia (figura 6.19):

 0 l  AB

(6.65)

Din triunghiul ABC avem:

tg

 BC D1 / 2   2 AB 0 (1)

(6.66)

de unde:

0 (1) 

D1  2tg 2

0 11   AB  L  0 1  L Fig. 6.19 – Schemă de calcul al erorilor de orientare pe suprafeţe conice

0 11  

D 2tg

 2

 L

Probabilistic avem: 2         l    D   2 l  0 1  2tg       2   sl1   sD  s2   2tg  2

(6.67)


91

CAPITOLUL 7 PRINCIPII DE FIXARE A SEMIFABRICATELOR ÎN DISPOZITIVE 7.1. Introducere Pentru a-şi realiza rolul de menţinere a orientării semifabricatelor în timpul procesului de prelucrare în dispozitiv, acesta este prevăzut cu o serie de elemente şi mecanisme, care realizează forţele de fixare. Elementele şi mecanismele de fixare trebuie să creeze forţe de fixare, încât să fie capabile să preia acţiunea tuturor solicitărilor rezultate în procesul de prelucrare. În cazul prelucrării unor semifabricate cu rigiditate mare şi configuraţie simplă, determinarea forţelor de fixare, ca număr, mărime, direcţie, sens, se poate rezolva mai uşor. La prelucrarea unor semifabricate complexe, uşor deformabile, problema stabilirii forţelor de fixare este mai dificilă. În timpul procesului de prelucrare asupra semifabricatelor fixate în dispozitiv acţionează solicitările prevăzute în figura 7.1. În vederea stabilirii unui sistem optim de fixare a semifabricatelor în dispozitiv este necesarã analiza tuturor acestor solicitări.

Figura 7.1 – Schema bloc a solicitărilor semifabricatului

În multe situaţii înaintea aplicării forţelor de fixare asupra semifabricatelor orientate în dispozitiv, se necesită aplicarea altor forţe, numite forţe de reglare.

7.2. Forţe de reglare utilizate în construcţia dispozitivelor În momentul instalării semifabricatelor în dispozitiv, sau pe masa maşiniiunelte, acestea se găsesc numai sub acţiunea greutăţii proprii, care poate avea influenţă pozitivă, sau negativă asupra sistemului de orientare. Acest lucru este redat în figura 7.2.

92


Figura 7.2 – Scheme de aplicare a forţelor de reglaj

Astfel dacă direcţiile componentelor forţei de greutate (G) trec prin planul bazei de aşezare, se asigură contactul numai cu o parte din reazeme (fig. 7.2 a), sau cu nici unul (fig. 7.2 b, d). În acest caz sunt necesare forţe exterioare care să asigure un contact între semifabricat şi reazeme înaintea aplicării forţelor de fixare. Dacă direcţiile şi sensul componentelor forţei de greutate G trec prin planul bazelor adică 900 >  >  (unde  este unghiul de frecare dintre semifabricat şi reazeme), atunci componentele forţei G, asigură contactul între semifabricat şi reazeme (fig. 7.2 c) În acest caz nu sunt necesare forţe de reglare. Forţele de reglare pot fi asigurate în unele cazuri de către operator. Dar în procesele de prelucrare mecanizată sau cu ciclu semiautomat sau automat, acest lucru nu mai este posibil. Din această cauză se necesită realizarea automată a contactului dintre semifabricat şi reazeme. Acest lucru se poate observa la prelucrarea unei biele fixată în dispozitivul din figura 7.3.

Figura 7.3 – Schemă de aplicare simultană a forţelor de reglare


93

La aşezarea semifabricatului în dispozitiv, pistonul (1), cu tija (2) se găsesc în poziţie maximă la stânga, astfel încât pârghia (7)care oscilează în jurul bolţului (6), sub acţiunea şurubului (5), care comprimă arcul (8), şi coboară plunjerul (10), iar prin şuruburile (9) şi (11) retrage culisorul (12). La comanda fixării pistonului (1), împreună cu tija (2) şi şurubul (5), se deplasează spre dreapta, eliberând pârghia (7). Arcul (8) se destinde, ridică plunjerul (10), care apasă biela pe prisma (16), prin culisorul (12), realizând automat orientarea bielei în planul de aşezare si contactul cu reazemele. În continuare planul înclinat al tijei (2) acţionează plunjerul (13), iar acesta pârghia (14), realizând forţa de fixare S.

7.3. Forţele şi momentele din procesul de prelucrare Forţele din procesul de prelucrare ce acţionează asupra semifabricatelor fixate în dispozitive, se iau în considerare la determinarea forţelor şi momentelor care solicită ansamblul dispozitiv-semifabricat. Pentru a putea determina influenţa diferitelor solicitări asupra legăturilor dintre dispozitiv şi maşina-unealtă şi dintre semifabricat şi dispozitiv se vor defalca procesele de prelucrare pe maşinii-unelte în două perioade:  perioada de regim tranzitoriu (pornire-oprire);  perioada de regim stabil (formarea şi desprinderea aşchiilor şi mersul în gol).

D

P

D

S

P

D

P

D

MU

MU

Strângere

D

P

D

Aşchiere

S

P

D

Masice

P

D

MU

Figura 7.4 – Dispozitiv în mişcare de translaţie

Strângere

MU

Aşchiere

Masice

Figura 7.5 – Dispozitiv în mişcare de rotaţie

De asemenea, se va ţine seama de modul de legătură dintre dispozitiv şi maşina-unealtă, astfel:  dispozitivul fixat şi orientat pe masa maşinii-unelte descriind împreună cu aceasta în general mişcarea rectilinie alternativă, (fig. 7.4);


94

 dispozitivul fixat şi orientat pe axul principal al maşinii-unelte şi care descrie o mişcare de rotaţie (fig. 7.5);  în regim tranzitoriu ansamblul dispozitiv-semifabricat este supus solicitărilor de strângere şi masice.

Figura 7.6 – Graficul variaţiei vitezelor de lucru: a - viteză liniară; b - viteză unghiulară

În cazul mişcării rectilinii alternative, se produc periodic variaţii ale vitezei masei ansamblului de la v = 0 la v = va şi invers (fig. 7.6 a). Acest lucru duce la apariţia forţei de inerţie, dată de relaţia :

Fi  m  Pentru

dv dt

(7.1)

dv  cons tan t , adică acceleraţii constante, rezultă: dt Fi  m 

va g t d,f

(7.2)

unde: m - masa ansamblului dispozitiv-semifabricat ; vag - viteza de aşchiere, respectiv în gol; td,f - timpul de demarare, respectiv de frânare. Pentru cazul fixării ansamblului dispozitiv-semifabricat pe axul principal al maşinii-unelte, având mişcarea de rotaţie, la pornirea şi oprirea maşinii-unelte apare o variaţie a vitezei unghiulare , în intervalul de timp t (fig. 7.6 b) care duce la apariţia unui moment dat de relaţia: MI

d2  dt 2

unde:

d2  - este acceleraţia mişcării [m/s2]; dt 2

(7.3)


95

I - moment de inerţie masic [kg  m2];  - unghiul de rotaţie [rad]; În cazul când acceleraţia unghiulară este constantă, relaţia devine:

MI

 t d,f

(7.4)

unde:  – viteza corespunzătoare regimului de aşchiere. În cazul regimului stabil, principalele forţe care acţionează asupra ansamblului dispozitiv-semifabricat sunt forţele şi momentele de aşchiere. În cazul mişcării de rotaţie pot apărea forţe centrifuge, dacă centrul de masă nu coincide cu axa de rotaţie a ansamblului. Forţa centrifugă este dată de relaţia: Fc   m  r  2

(7.5)

unde: m – masa sistemului dezechilibrat; r – excentricitatea elementului de masă;  – viteza unghiulară a ansamblului. Forţele centrifugale pot deveni în unele situaţii echivalente cu cele de aşchiere.

7.4. Forţele de fixare Forţele de fixare se aplică semifabricatelor cu ajutorul mecanismelor de fixare, după ce acestea au fost orientate corect în dispozitiv prin aplicarea eventuală a forţelor de reglare. Forţele de fixare trebuiesc astfel aplicate încât acţiunea lor să nu conducă la dezorientarea semifabricatului, prin deplasări, rotiri sau deformaţii ale acestuia, sau altfel spus, să conserve schema de orientare şi să nu o deformeze.

incorect

corect

Figura 7.7 – Scheme de aplicare a forţelor de fixare

Figura 7.8 – Schemă de aplicare a forţelor de fixare


96

În figurile 7.7, 7.8, şi 7.9 sunt prezentate câteva scheme tipice, corecte şi incorecte de aplicare a forţelor de fixare. La aplicarea forţelor de fixare S în schemele din figura 7.7.a, c semifabricatele au tendinţa de răsturnare, deoarece hf > hr şi ls > lr, fiind incorecte, iar la schemele din figura 7.8 b, d, unde hf < hr şi lf < lr, nu apare această tendinţă, fiind scheme corecte.

Figura 7.9 – Scheme de aplicare a forţelor de fixare: a - corect; b – incorect

La semifabricatul din figura 7.8 de rigiditate mică, aplicând forţa de fixare S între reazeme, apare o deformaţie a acestuia. Soluţia corectă este cea din figura 7.8.b, în care forţele S/2 sunt aplicate în direcţia reazemelor. Dacă suprafeţele semifabricatelor care determină bazele de orientare prezintă abateri de la poziţia reciprocă, aplicarea incorectă a forţelor de fixare S, conduce la modificarea schemelor de orientare corecte din figura 7.9.a în schemele incorecte din figura 7.9.b, prin transformarea unei baze de orientare în alta, având consecinţe asupra preciziei de prelucrare.

7.7. Scheme caracteristice de fixare Schema de fixare este schiţa în care se prezintă simbolic modul de amplasare a forţelor de reglare şi fixare în raport cu schema de orientare şi cu solicitările semifabricatului în timpul prelucrării. Concepţia şi proiectarea schemelor de fixare reprezintă o etapă a proiectării dispozitivelor, prin care se urmăreşte determinarea forţelor de reglare şi fixare ca punct de aplicaţie, direcţii, sensuri, valoare. Calculul unei scheme de fixare revine la


97

rezolvarea unei probleme de echilibru a forţelor şi momentelor de aşchiere în raport cu forţele de fixare. În tabelul 7.1 sunt prezentate cele mai reprezentative scheme de fixare şi relaţii de calcul ale forţelor de fixare. În relaţiile stabilite s-au folosit următoarele notaţii: A I – model de fixare rigid cu forţe de fixare variabile, ca urmare a elasticităţii ansamblului dispozitivsemifabricat, forţele exterioare acţionând spre elementele de fixare; A II – model de fixare rigid cu forţe de fixare variabile, ca urmare a elasticităţii ansamblului dispozitivsemifabricat, forţele exterioare acţionând spre elementele de orientare; B – model de fixare cu forţe constante, indicele având acelaşi sens ca şi în cazul A; K r – rigiditatea reazemelor; Kf – rigiditatea elementelor de fixare; K – coeficient de siguranţă (K = 1,5 … 2,5); Fe – forţele exterioare care acţionează asupra semifabricatului; V – reacţiunile forţelor;  – coeficienţi de frecare; Z – numărul zonelor de contact cu semifabricatul; fr – deformaţia elementelor de reazem; ff – deformaţia elementelor de fixare. În general Kf < Kr, rezultă că SA I > SA II, iar SB I > SB II. Modelele AII, BII cu forţele Fe îndreptate spre reazeme necesită forţe de fixare mai mici, ele fiind de preferat în concepţia mecnaismelor de fixare. Tabelul 7.1 – Scheme de fixare şi relaţiile forţelor de fixare


98

Nr. crt.

Schema de fixare

Condiţii de stabilitate, ecuaţii de echilibru, forţe de fixare S  KF;

1.

Kr ; Kr  K f Kf ; S A II  Fe  Kr  K f SB I  Fe ; SB II ‚ oarecare

2.

a) Semifabricatul să nu piardă contactul cu elementele de orientare şi fixare datorită acţiunii forţei Fe I. în care: Fe  FeI ; F  K  S b) Semifabricatul să nu se deplaseze datorită acţiunii componentei Fe II.  r Vr   f Vf  KFe II Kr Kf KFe 2   r Fe1   f Fe1  Kr  K f Kr  K f S A I,AI I  r   f KF   r Fe1 S B I,B II  e 2 r   f Dintre valorile forei de fixare S se alege valoarea maximă

S A I  Fe 


S

3.

99

S a) Semifabricatul să nu piardă contactul cu elementele de orientare şi fixare datorită acţiunii forţei Fe I şi să nu se deplasze dastorită forţei F2 b) Semifabricatul să nu se răstoarne datorită forţei Fe 2. 2 f  h1  K f  K r l  l 3  Kr  K f 2 f h1

KFe 2  h  G  Fe1  S

4.

Semifabricatul să nu se rotească sub acţiunea momentului Me şi să nu piardă contactul cu reazemel şi elementele de fixare sub acţiunea forţei Fp.  f Vf v d f  r r dr  KM 2 2 Kr v r  S  Fe Kr  K f Kf v f  S  Fe Kr  K f Fe K r  r dr  K f  f df  2KM K r  K f S   r dr   f df  Semifabricatul să nu se rotească sub acíunea momentului Me.

 f S  2 r  N  D  KMe 2

N

S 2 sin

5.

S

 2 KMe

    r  D f   2 sin   2 


100

6.

a) Semifabricatul sprijinit axial: dp Ms  KFz  2 d Ms    Z  S  s  0 2 KFz dp S1,2   Z ds b) Semifabricatul nu este sprijinit axial: 2

 dp    Fx2 ZS  K  Fz d s   2

7.

 dp    Fx2 K  Fz  ds  S1,2  Z a) Semifabricatul sprijinit axial: dp Ms  KFz  2 d Ms    Z  S  s  0 2 KFz dp S1,2   Z ds b) Semifabricatul nu este sprijinit axial: 2

 dp    Fx2 ZS  K  Fz d s   2

S1,2

 dp    Fx2 K  Fz  ds   Z


101

CAPITOLUL 8 TIPURI DE MECANISME DE FIXARE A SEMIFABRICATELOR ÎN DISPOZITIVE 8.1. Introducere Mecanismele de fixare materializează practic forţele de fixare a semifabricatului în dispozitiv, în vederea menţinerii orientării corecte a acestuia în timpul prelucrării. Mecanismele de fixare se pot clasifica după gradul de complexitate şi după modul de acţionare, conform schemei din figura 8.1.

MECANISME DE FIXARE după gradul de complexitate

Simple

Combinate după numărul elementelor de fixare acţionate

Cu mai multe elemente

Cu un element

după modul de acţionare

Mecanizate

Automatizate

Figura 8.1 – Clasificarea mecanismelor de fixare

Cu comandă după program

Comandate de foţe inerţiale

după elementul de comandă

Cu vaccum

Magnetice şi electromagnetice

Electrice

Pneumo-hidraulice

Hidraulice

Pneumatic

Mecano-hidraulice

Mecanice

după sursa de energie

Comandate de organele de maşini

Manuale


102

Mecanismele simple sunt alcătuite în general numai din elemente caracteristice de fixare: pană, excentric, şurub etc., care primesc direct forţa de acţionare din exterior şi o transmite nemijlocit semifabricatului. Aceste mecanisme de fixare poartă denumirea elementului caracteristic de fixare pe care-l conţin : mecanisme cu pană, cu excentric cu şurub etc. Mecanismele combinate cuprind în afara elementului caracteristic şi elemente intermediare prin care se transmit forţele de fixare semifabricatului. Mecanismele de fixare pot asigura fixarea într-un punct sau mai multe puncte,, succesiv sau simultan. Mecanismele de fixare pot fi acţionate manual, mecanizat sau automatizat. În condiţiile actuale ale dezvoltării industriei constructoare de maşini, acţionările mecanizate şi automatizate se extind vertiginos datorită avantajelor pe care le conferă, privind îmbunătăţirea condiţiilor de muncă, creşterea productivităţii prelu-crării, în general modernizarea procesului de fabricaţie. Orice mecanism simplu este caracterizat de raportul de transmitere a forţelor şi a deplasărilor. Notând cu S forţa de fixare dezvoltată de mecanism şi cu Q forţa de acţionare exterioară se poate scrie :

i

S sau S  Q  i Q

(8.1)

Raportul de transmitere al deplasărilor este:

id 

lS sau Is  IQ  id lQ

(8.2)

iar randamentul   i  id , unde IS şi IQ reprezintă deplasările elementului final de fixare şi respectiv a elementului de acţionare. Dacă raportul de transmitere i, este mai mare decât unitatea, avem câştig de forţă ceea ce se urmăreşte în construcţia dispozitivului, iar id este de regulă mai mic decât unitatea, reprezentând pierdere de deplasare. În cazul mecanismelor combinate, formate din mai multe mecanisme simple, raportul de transmitere al forţelor se determină cu relaţia :

i  i1  i 2  i 3    in

(8.3)

Raportul de transmitere al deplasărilor este : id  id1  id2  id3    idn

(8.4)

iar randamentul total este :

  1  2  3    n

(8.5)

unde indicii 1, 2, 3,, n , arată numărul mecanismelor simple.

8.2. Proiectarea şi construcţia mecanismelor de fixare cu pană Mecanismele de fixare cu pană se caracterizează prin existenţa în componenţa lor a uneia sau a mai multor pene, care sub acţiunea unor forţe exterioare fixează semifabricatul.


103

Transmiterea forţelor exterioare se poate face direct asupra semifabricatului, sau indirect prin elemente intermediare. Pana ca element de dispozitiv se întâlneşte în mecanismele cu pene propriuzise şi se reîntâlneşte sub aspect teoretic şi în mecanismele cu şurub, cu excentric, cu bucşe elastică. 8.2.1. Pana ca element de fixare şi autofrânare Pentru a menţine fixarea semifabricatului în dispozitiv şi după ce forţa exterioară încetează de a mai acţiona, mecanismele de fixare cu pană trebuie să respecte condiţia de autofrânare. a) Determinarea forţelor de strângere Forţele de strângere se calculează considerând pana cu două feţe înclinate, figura 8.2., asupra căreia acţionează forţa exterioară Q în direcţia împănării. Datorită forţei exterioare Q pe planele înclinate apar reacţiunile normale N 1 şi N2, respectiv forţele de frecare F1 şi F2 de-a lungul planelor. Din compunerea acestor forţe apar rezultatele R1 şi R2, pe care le descompunem după direcţiile orizontale şi verticale şi se obţin forţele P şi S. Scriem ecuaţiile de echilibru :

Q  P1  P2

(8.6)

unde:

P1  S  tg1  1 

(8.7)

P2  S  tg2  2 

(8.8)

în care: 1 şi 2 – sunt unghiurile de înclinare ale penei; 1 şi 2 – sunt unghiurile de frecare pe cele două feţe ale penei; 1  arctg1 ; Figura 8.2 – Schemă de calcul a elementelor 2  arctg 2 ; constructive ale penei unde 1 şi 2 sunt coeficienţii de frecare pe cele două feţe ale penei. Înlocuind (8.7) şi (8.8) în (8.6) vom obţine:

Q  S  tg1  1   tg 2  2 

(8.9)

adică: S

Q tg( 1  1 )  tg(  2   2 )

(8.10)

Dacă pana are o singură faţă înclinată atunci : 2 = 0 şi notând 1 =  vom obţine:

S

Q tg(   1 )  tg 2

(8.11)


104

b) Cursa penei Cursa pe verticală a penei h se poate calcula din figura 8.3, considerând deplasarea pe orizontală h1. Din triunghiul ABC rezultă :

tg  

h h1

Fig.8.3. Schema de calcul al cursei penei

(8.12)

Fig.8.4 Schema de calcul al condiţiei de autofrânare

h  h1  tg

(8.13)

Deci cursa de lucru a penei este în funcţie de unghiul de pantă al acesteia. c) Condiţia de autofrânare a penei Pentru determinarea condiţiei de autofrânare se pune problema găsirii unghiului limită al penei pentru care forţa de fixare S se menţine şi după îndepărtarea forţei exterioare Q. Ne folosim de pana din figura 8.4, asupra cărei acţionează forţa de desfacere Q1, contrar forţei de împănare Q. Scriem echilibrul forţelor pe orizontală.

Q1  P1  F2

(8.14)

P1  S  tg1  

(8.15)

F2  S  tg 2

(8.16)

unde:

Vom obţine:

Q1  S  tg1    tg 2 

(8.17)

Făcând aproximare: 1   2   , relaţia (8.17) devine:

Q1  S  tg    tg

(8.18)

Vom calcula pe  din ipoteza: Q1 = 0, adică atunci când pana se autodesface fără aplicarea forţei Q1 şi vom obţine:

tg    tg  0 sau:

(8.19)

Dispozitive pentru Sisteme de Fabricaţie   0

105

(8.20)

  2 Această condiţie este la limită, deci pentru a avea autofrânare, adică a fi necesar o forţă Q1  0 pentru desfacerea penei, trebuie ca:   2

(8.21)

Având în vedere faptul că suprafeţele penelor se execută îngrijit, coeficienţii de frecare  = 0,1……0,15, respectiv :  = 5043, de unde obţinem :   100……120 pentru  = 0,1

(8.22)

  160……180 pentru = 0,15

(8.23)

8.2.2 Tipuri de mecanisme de fixare cu pană În figura 8.5 se prezintă un mecanism de fixare cu pană şi pârghie. Forţa exterioară Q se aplică la tija 3 şi prin intermediul pârghiei oscilante 2 se transmite la pana 1.

Figura 8.5 – Dispozitiv cu mecanism de fixare cu pană – mecanizat

Pana 1 se deplasează într-un ghidaj înclinat la unghiul , practicat în corpul dispozitivului realizând fixarea semifabricatului pe elementele de orientare. Forţa iniţială Q se transmite la pană prin pârghia 2, obţinând forţa Q1.

Q1  Q 

a b

(8.24)

După cum raportul a/b este , 1, forţa Q1 este mai mică, egală sau mai mare decât forţa Q. În figura 8.6 se prezintă un mecanism de fixare cu pană şi pârghie. Pana1 acţionează prin intermediul rolei 2, asupra pârghiei 3, care se poate roti în jurul

106


bolţului 5, realizâd fixarea semifabricatului. Arcul 4 menţine contactul între pană şi pârghie, eliberând semifabricatul la retragerea presei penei. În fig. 8.6 se prezintă un mecanism de fixare cu pană şi pârghie rabatabilă.

Figura 8.6 – Mecanism de fixare cu pană şi pârghie rabatabilă

Mecanismul este format din pârghia rabatabilă 1 în jurul bolţului 2, pana3, acţionată de maneta 4. Pana 3 pătrunde printr-un locaş practicat în reazemul 5, iar pîrghia 1 înglobează reazemul 5. În figura 8.7 este prezentat un mecanism cu pană şi pârghie, acţionat mecanizat, la care pana acţionează în mod indirect asupra semifabricatului prin intermediul rolei 6, pârghia 5, sub acţiunea motorului pneumatic sau hidraulic.

Figura 8.7 – Mecanism de fixare cu pană în două trepte mecanizat.


107

8.4. Tipuri de mecanisme de fixare cu excentric În construcţia dispozitivelor, mecanismele cu excentric sunt utilizate pentru fixarea semifabricatelor, sau pentru blocarea rapidă. Manevrarea acestor mecanisme se face de regulă manual. Timpul de manevrare este redus, fiind de 5….10 ori mai mic decât în cazul mecanismelor cu filet. Mecanismele de fixare cu excentrici prezintă o serie de dezavantaje, după cum urmează: a) nu sunt universale, având un domeniu limitat de exploatare; b) forţele de fixare sunt variabile, din care cauză nu se pot folosi în cazul pieselor cu rigiditate mică; c) prin vibrare mecanismul se poate autodesface; d) cursa de lucru fiind mică – nu se pot utiliza în cazul pieselor cu abateri dimensionale mari. Mecanismele de fixare cu excentric au ca element caracteristic excentricul. 8.4.2 Excentrici circulari Aceşti excentrici se caracterizează prin simplitatea constructivă, sub forma unor discuri ce se rotesc în jurul unei axe deplasată faţa de axa geometrică cu distanţa „e”, numită excentricitate. Se poate considera că excentricul este construit dintr-o pană cu o faţă înclinată, înfăşurată pe un cerc de bază, figura 8.8. Pentru ca fixarea să se menţină şi după eliminarea forţei exterioare Q, excentricii trebuie să îndeplinească condiţia de autofrânare. Condiţia de autofrânare se deduce din condiţia de echilibru a forţelor active şi forţele de reacţiune din sistem. Acest lucru este realizat dacă se respectă condiţia stabilită la pene:   1+2 în orice punct al profilului, unde: 1 este unghiul de frecare dintre excentric şi semifabricat, 2 este unghiul de frecare dintre excentric şi bolţ. a) Determinarea cursei de lucru a excentricului Cursa de lucru a excentricului circular se determină cu ajutorul fig. 8.9. Prin rotirea excentricului din poziţia I în care centrul discului se găseşte în O în poziţia II, centrul discului coboară ajungând în punctul O. Mărimea cu care coboară centrul discului este cursa de lucru a excentricului h. Se poate scrie : h = MC – OC Figura 8.8 – Excentric circular

Din triunghiul O1OC rezultă: OC  e  cos  şi înlocuind în (8.53), rezultă:

MC = e


108

h  e  1  cos 

(8.26)

unde  este unghiul de rotire al manetei excentricului. Din relaţia (8.54) se poate deduce dependeţa cursei de unghiul de rotire al excentricului arătat în graficul din figura 8.10. b) Determinarea caracteristicii excentricului Se deduce din figura 8.26 scriind echilibrul excentricului, după îndepărtarea forţei exterioare Q.Se scrie ecuaţia de momente în raport cu punctul O 1.

F1 

D d  F2   S  e  0 2 2

(8.27)

F1  S  1

(8.28)

F2  S   2

(8.29)

Figura 8.9 – Schemă pentru calculul excentricilor circulari

Figura 8.10 – Cursa excentricului funcţie de rotirea 

F2 se neglijează şi din înlocuirea lui F1 în (8.55) rezultă: D 2  – caracteristica excentricului. e 1

 1  0,1 

D  20 (  5 o 45' ) e

Pentru

D  13 (  8 o 32' ) e D Deci 13   20 . e Respectând aceste caracteristici, excentricii îndeplinesc condiţia de autofrânare.  1  0,15 

Figura 8.11 – Schema de calcul al caracteristicii excentricului


109

c) Determinarea forţei de fixare Forţa de fixare a excentricului circular se determină scriind echilibrul forţelor ce acţionează asupra excentricului, conform fig. 8.12. Vom asimila excentricul cu o pană înfăşurată pe cercul de bază asupra căreia se aplică forţa Q1.

Q  L  Q1  

(8.30)

Q1 – este forţa de împănare având valoarea: Q1  S  tg  1   tg 2 , de unde rezultă:

S

QL tg  1   tg 2 

(8.31)

unde: L  4 5  R  K  R – lungimea braţului manetei excentricului;  – este raza de rotire a excentricului care se poate determina din figura 8.9, aplicând teorema lui Pitagora şi rezultă: 2

R R   e    2 cos   1 e e

(8.32)

Q  1015 daN – forţa exterioară aplicată. Înlocuind valoarea lui , se obţine forţa de fixare sub forma: La construcţia excentricului se recomandă : S

R kQ  e  R 2 R    2 cos   1 tg  1   tg 2  e e

(8.33)

În practică se utilizează următoarele relaţii: D  15 e L  4 5  R Q  1015 daN D d 3 ceea ce conduce la obţinerea unor forţe de fixare: S  1221  Q Figura 8.12 – Schema pentru calculul forţei de fixare Din analiza acestei relaţii rezultă că forţele de fixare pentru aceeaşi caracteristică a excentricului sunt variabile în funcţie de unghiul de rotire „”. Excentricii circulari sunt standardizaţi prin STAS 10657-80.


110

Excentricii se execută din oţel de cementare OLC 15 STAS 880-80, cementat pe o adâncime de 0,8-1,2 mm, călit şi revenit la HRC = 55-60, sau din OSC 8 STAS 1700-80. Deoarece partea activă este supusă uzurii, acesta se recondiţionează prin rectificare. În cazul în care uzura este prea mare, nerespectându-se caracteristica, se pot obţine excentrici de dimensiuni inferioare, printr-o prelucrare redusă, contribuind astfel la reducerea substanţială a consumului de material şi manoperă şi în final la reducerea preţului de cost. În construcţia dispozitivelor, excentricii se utilizează mai rar acţionând direct asupra semifabricatului, ei sunt utilizaţi de regulă în combinaţie cu elemente de tipul pârghiilor sau bridelor. În figurile 8.13-8.27 sunt prezentate câteva tipuri de mecanisme de fixare cu excentrici, pârghii sau bride şi raportul de transmitere al forţelor de fixare. Mecanism cu excentric bridă de translaţie şi reazem reglabil 1. excentric 2. bridă 3. reazem central 4. reazem reglabil 5. arc elicoidal a S = S1 L

Figura 8.13

Mecanism cu excentric şi două pârghii (semicentrare) 1. excentric 2. reazem 3. plăci de presiune 4. pârghii articulate 5. arc elicoidal 6. şurub central S = S1

Figura 8.14

L a


111

Mecanism cu ax excentric prin tragere 1. ax excentric 2. pârghie 3. şurub ochi 4. arc a S = S1 L

Figura 8.15

Mecanism cu excentric şi reazem central reglabil 1. excentric 2. pârghie 3. şurub reazem central 4. placă de presiune a S = S1 b

Figura 8.16

Mecanism cu excentric şi reazem frontal 1. ax excentric 2. pârghie 3. reazem central 4. plunger 5. arc a S = S1 b

Figura 8.17


112

Mecanism cu excentric şi reazem central reglabil 1. ax excentric 2. arc lamelar 3. pârhie 4. reazem central 5. arc elicoidal a S = S1 b

Figura 8.18

Mecanism cu excentric frontal 1. manetă 2. pârghie 3. bucşe uzură 4. excentric frontal

Figura 8.19

Mecanism cu excentric înglobat 1. excentric 2. plunger 3. ax 4. şurub 5. pârghie 6. reazem central

Figura 8.20


113 Mecanism cu bridă de translaţie şi pană reglabilă 1. excentric 2. bridă 3. reazem 4. pană 5. şurub de reglaj

Figura 8.21

Mecanism cu excentric şi pârghii cu prefixare (reglare) şi fixare 1. bridă 2. şurub cu ochi 3. arc 4. excentric 5. placă de presiune 6. pârghie „L”

Figura 8.22

Mecanism cu excentric cu fixare simultană 1. excentric 2,3. pârghii 5. tije de legătură

Figura 8.23


114

Mecanism cu excentric cu fixare simultană 1. manetă 2. pârghie de echilibrare 3. arcuri 4. placă presiune 5. placa bază 6. excentric 7. bolţ 8. bolţ limitator Fixare simultană a trei semifabricate

Figura 8.24

Mecanism cu excentric cu fixare simultană 1. excentric 2. şaibă sferică 3. etrier 4. pârghie 5. pârghie 6. eclisă 7. plunger

Figura 8.25


115

Mecanism combinat cu excentric şi pârghie rotitoare. Mecanismul poate fi reglat cu piuliţa 1 funcţie de dimensiunile semifabricatului. Se recomandă în cazul tehnologiei de grup, sau în cazul tehnologiei de grup, sau în cazul dispozitivelor de construcţie modulară.

Figura 8.26

Mecanism cu excentric pentru fixarea frontală 1. excentric 2. şurub cu ochi 3. bridăL 4. reazem 5. arc elicoidal.

Figura 8.27


116

8.5. Tipuri de mecanisme de fixare cu filet Elementele şi mecanismele de fixare cu filet se caracterizează prin simplitate constructivă, universalitate, siguranţă în exploatare, cursă de lucru mare şi forţe de fixare relativ mari. Prezintă şi dezavantaje ca:  forţa de fixare nu este constantă, având variaţii foarte mari, în raport cu cursa de lucru. Din această cauză nu sunt indicate la fixarea pieselor cu pereţi subţiri şi în general la fixarea pieselor uşor deformabile ;  timpul necesar pentru manevrarea mecanismelor cu filet este mare, ducând la o productivitate scăzută. Având în vedere aceste dezavantaje nu sunt recomandate în cazul producţiei de serie mare şi de masă. Mecanismele de fixare cu filet se clasifică după forma constructivă în două grupe: a) construcţie simplă – şurub piuliţă prezon piuliţă; b) construcţie combinată – cu bride, cu pârghii, cu pene, etc. 8.5.1.Calculul mecanismelor de fixare cu filet Sub acţiunea forţei exterioare aplicate la capătul cheii sau mânerului de acţionare se obţine forţa de fixare care se poate calcula cu ajutorul schemei din figura 8.28. Aplicând forţa iniţială Q asupra mânerului şurubului se obţine forţa de fixare S a semifabricatului. Pentru determinarea forţei de fixare se scrie ecuaţia de momente în jurul axei şurubului :

Q  L  F1  rm  M2

(8.34)

F1  S  tg  

(8.35)

unde: rm – raza medie a filetului; M2 – momentul de frecare care apare pe faţa frontală a şurubului la contactul cu semifabricatul. Momentul de frecare se determină ţinând cont de momentul de frecare elementar:


117

Figura 8.28 – Schemă pentru calculul forţelor de fixare la mecanismul cu filet

dM2=dFf2=2dp=2p2d

(8.36)

unde: p=

S

(8.37)

 D 2r  d 2     

4

 

Momentul de frecare M2 se determină integrând relaţia : 

Dr 2

3 2 2  p  d   2  M2=  3 d 

2

2





Dr 2 d 2

 2p

D 3r  d 3 = 24

D 3r  d 3 D 3r  d 3 4S 1     S 24 3  D 3r  d 2 D 2r  d 2





Înlocuind relaţia (8.80) şi (8.83) în (8.79), se obţine:

(8.38)


118

1 QL=Stg(+)rm+ S 3

D 3r  d 3 D 2r  d 2

(8.39)

sau: S

QL 1 D3  d 3 rm tg (   )   r2 3 Dr  d 2

(8.40)

unde:  - unghiul elicei filetului ;  - unghiul de frecare la filet ;  - coeficient de frecare între şurub şi semifabricat. În funcţie de forma geometrică a suprafeţei de contact dintre şurub şi semifabricat, figura 8.29, se obţin relaţiile de calcul ale forţelor de fixare:

Figura 8.29 – Scheme de contact particulare: a) plan; b) punctiform; c) pe suprafaţă conică

a) contact plan d = 0 rezultă: S=

QL 1 rm tg(  )  D r 3

(8.41)


119

b) contact punctiform Dr = 0;d = 0 rezultă: S=

QL rm tg(  )

(8.42)

c) în cazul folosirii unei tălpi de presiune, şurubul de fixare se sprijină într-un locaş conic. În acest caz apare un moment de frecare între şurub şi talpa de presiune. M2 = 2Nr1

N=

(8.43)

S  2 sin   2

(8.44)

 r1 = Rcos   2

(8.45)

rezultă:

 M2=2Rctg   2

(8.46)

Forţa de fixare este: S=

QL  rm tg(  )  Rctg  2

(8.47)

Cursa realizată de elementele de fixare cu filet este dată de relaţia: h= p

 2

(8.48)

unde: p – pasul filetului ;  - unghiul de rotire al piuliţei sau şurubului. 8.5.2.Elemente specifice fixării cu filet Cele mai întâlnite elemente de fixare cu filet sunt şuruburile şi piuliţele.


120

În figura 8.30 sunt prezentate câteva tipuri de elemente de fixare cu filet de tip şuruburi având diferite forme geometrice ale capului de antrenare, precum şi o serie de piuliţe şi şaibe după cum urmează: Tipuri de elemente de fixare cu filet a). Şurub cu cap pătrat cu guler mărit; b) şurub cu cap şi guler; c) şurub cu cap pătrat mic; d) şurub cu cap striat; e) şurub cu cap striat şi guler; f) şurub cu cap cilindric şi locaş hexagonal interior; g) şurub sau piuliţă cu mâner; h) şurub sau piuliţă cu mâner mobil; i) şurub sau piuliţă cu mâner rabatabil; j) şurub cu cap de antrenare cu mânere, detaşabile; k) piuliţă cu guler şi suprafaţă plană; l) piuliţă cu guler sferic; m) piuliţă cu guler sferic şi degajare; n) piuliţă cu cap de antrenare striat; o) piuliţă tip rozetă; p) piuliţă cu strângere rapidă; r) bucşe de uzură filetată; s) şaibe sferice; t) şaibă sferică cu guler. În vederea creşterii productivităţii fixării şi defixării semifabricatelor se utilizează şaibe frezate simple, figura 8.31. sau rabatabile 8.32. Pentru evitarea contactului direct dintre şurub şi semifabricat se pot utiliza tălpi de presiune fig. 8.33.a.b.c. În figura 8.34 se prezintă modul de utilizare a unui şurub de fixare prevăzut cu talpă de presiune şi bucşe de uzură. Mecanismele de fixare cu filet se folosesc de regulă împreună cu elemente de tip pârghie, sau bride în vederea prevenirii deplasării semifabricatului pe reazeme în momentul fixării, precum şi în vederea evitării contactului direct dintre şurub şi semifabricat. În figura 8.35 sunt prezentate câteva tipuri de bride utilizate în construcţia dispozitivelor:

a)

b)

g)

c)

h)

d)

e)

i)

f)

j)


121

k)

l)

m)

n)

o)

r)

ş)

s)

t)

p) Figura 8.30 – Tipuri de elemente de fixare cu filet


122

Figura 8.34 – Mecanism cu filet şi talpă de presiune

Pentru sprijinirea bridelor se utilizează o serie de reazeme reglabile, sau fixe. În figura 8.36 sunt prezentate câteva tipuri de reazeme: Pentru a evita apariţia unui moment încovoietor în şuruburi la realizarea fixării datorită formei geometrice a semifabricatelor, conform figurii 8.37 se utilizează piuliţe speciale şi şaibe sferice (fig. 8.30. k, l, m, s, t) sau şuruburi cu tălpi de presiune, figura 8.33.

Figura 8.31 – Şaibă frezată

Figura 8.32 – Şaibă rabatabilă

Figura 8.33 – Tălpi de presiune


123

a)

b)

c)

d)

e)

f)

g)

h)

i)

j)

k)

l)

Figura 8.35 – Tipuri de bride de fixare: a) de translaţie; b) de rotaţie; c) cu picior; d) tip U; e) cu cot; f)cu două coturi ; g) cu pivot; h) crenelată; I) cu gaură filetată; j) oscilantă; k) cu element sferic; l)curbată

a)

b)

c)

d)

e)

Figura 8.36 – Tipuri de reazeme de sprijin: a) reglabil crenelat; b) reglabil crenelat oblic; c) etajat cu pantă dublă; d) etajat cu pantă simplă; e) reglabil cu filet

Figura 8.37 – Scheme de evitat la fixarea cu filet


124

8.5.3.Tipuri de mecanisme de fixare cu filet Mecanismele de fixare cu filet şi pârghii sunt concepute pe principiul celor trei tipuri de pârghii cunoscute, figura 8.38. În figurile următoare sunt prezentate câteva tipuri de mecanisme de fixare cu filet şi pârghii (bride).

a)

b)

c)

Figura 8.38 – Sisteme de pârghii

Mecanism de fixare cu filet şi bridă cu picior, reprezentând un reazem fix, este prezentat în figura 8.39. Fixarea se realizează prin acţionarea piuliţei 3, care înfiletându-se pe prezonul 2, roteşte brida 1, realizând forţa S. Arcul elicoidal 5, menţine brida în poziţie ridicată la desfacerea piuliţei uşurând introducerea şi scoaterea semifabricatului în dispozitiv. Forţa de fixare se determină cu relaţia : S = Qa/L Mecanism de fixare cu filet şi bridă de translaţie cu reazem reglabil cu filet, este prezentat în figura 8.40. Este format din: 1 – bridă de translaţie ; 2 – reazem reglabil ; 3 – piuliţă cu guler ; 4 – prezon ; 5 – şaibe sferice ; 6 – arc elicoidal ; 7 – corp. Forţa de fixare se determină cu relaţia :

S  Q

a . L

Mecanism de fixare cu filet şi pârghii–multiplu (figura 8.40).


125

Figura 8.39 – Mecanism de fixare cu filet şi bridă cu picior

Forţa de fixare se obţine acţionând şurubul cu manetă 1, care prin intermediul tijei 8, acţionează pârghia 3, respectiv 2, obligându-le să se rotească în jurul reazemelor 4, fixând semifabricatele simultan. Pentru evitarea uzurii bridei, asamblarea şurubului 1 cu brida 2 se face prin intermediul bucşei filetate 5. Revenirea bridelor în poziţia iniţială este realizată de către arcurile de întindere 6, şurubul 7 ajută la reglarea mecanismului. Forţa de fixare este dată de relaţia: S  Qa / b .

Figura 8.40 – Mecanism de fixare cu filet şi bridă de translaţie cu reazem reglabil cu filet

126


Figura 8.41 – Mecanism de fixare cu filet şi pârghii – multiplu

Figura 8.42 – Mecanism de fixare cu filet şi bride – multiplu


127

Figura 8.43 – Mecanism de fixare cu filet şi pârghie rabatabilă: 1 – bridă rabatabilă; 2 – reazem; 3 – tijă filetată; 4 – piuliţă cu mâner; 5 – arc elicoidal; 6 – şaibă sferică; 7 – talpă de presiune; 8 –reazem autoreglabil; 9 – corp

Figura 8.44 – Mecanism de fixare cu filet şi tălpi de presiune oscilante. 1 – piuliţa de strângere cu braţe de antrenare ; 2 – prezon ; 3 – pârghie ; 4 – tălpi de presiune oscilante ; 5 –prisme ; 6 – arc elicoidal


128

Acest mecanism permite fixarea simultană a patru semifabricate. Pentru înlocuirea comodă a semifabricatelor pârghia 3, se poate roti în jurul axei y-y. Forţa de fixare este în funcţie de forţa realizată de piuliţa de strângere: S  1/ 4Q .

Figura 8.45 – Mecanism de fixare multiplu cu filet şi pârghie

Mecanism de fixare multiplu cu filet şi pârghie, este format din pârghiile 1, 4, 7, şurubul central 8, piuliţa de acţionare 6, tija de transmitere 8. Prin acţionarea piuliţei 6, se realizează fixarea simultană a trei semifbricate. Mecanismele de fixare cu filet şi bride se pot utiliza în cazul producţiei de unicate sau serie mică la fixarea semifabricatelor direct pe masa maşinii-unelte, figura 8.46.

a)

b)

c)

d)

e)

f)

g)

h)

Figura 8.46 – Scheme de fixare pe masa maşinii unelte


129

În vederea unei reglări rapide a bridelor conform dimensiunilor semifabricatelor mai ales în cazul maşinilor cu comandă program s-au realizat mecanisme reglabile independente, figura 8.47.

Figura 8.47.i – Scheme de fixare pe masa maşinii-unelte

a)

Pentru reglarea mecanismului din fig.8.47.a, se procedează astfel: furca 6 se roteşte în jurul şurubului 7, prin intermediul căruia este fixată de consolă. Se trage consola spre dreapta până când proeminenţele de pe consolă ies din golul dintre dinţii coloanelor 4 după care se montează la înălţimea dorită prin împingerea spre stânga. Pentru împiedicarea deplasării consolei în timpul lucrului, furca 6 se roteşte în poziţia iniţială pătrunzând în golul dintre dinţii montantului. Fixarea semifabricatului se face cu ajutorul şurubului 5 care se înfiletează în brida 1 şi se sprijină pe consolă.

b)

c)

Figura 8.47 – Mecanisme cu reglare rapidă

Mecanismul din figura 8.47.c se utilizează la semifabricate tubulare de tipul ţevilor. Brida inferioară serveşte drept reazem şi este montat pe aceleaşi coloane cu brida de fixare. 8.5.4. Mecanisme de fixare cu filet şi bridă L Bridele în formă de „L” lucrează în condiţii corespunzătoare dacă au corpul ghidat pe o lungime suficient de mare. Au gabarit mai redus, însă sunt mai dificil de executat. Datorită forţelor de frecare din ghidaj, prezintă un randament mai scăzut de transmitere a forţei.


130

Relaţia de transmitere a forţei dezvoltate de şurub S1, la semifabricat S, se stabileşte pe baza ecuaţiilor de echilibru conform figurii 8.48. S1 – S – 2F = 0 Sa -

2 N b = 0 3

(8.49)

Din 8.49, rezultă:

3 a N= S  2 b

Figura 8.48 – Schemă pentru transmiterea forţelor de fixare la bridă „L”

(8.50)

F = N – reprezintă forţele de frecare în ghidaj;  - coeficientul de frecare dintre bridă şi ghidaj; N – rezultantele reacţiunii ghidajului asupra bridei.

a  S1=S 1  3  b  S=

(8.51)

S1 1  3

(8.52)

a b

Dacă se ţine cont de forţa P a arcului, care ţine brida sus şi de relaţia forţei S1 (8.50) rezultă relaţia : S=

QL a  1 D d   1  3  rm tg(  )   2  b  3 D  d2   3

a)

3

b)



P

(8.53)

a 1  3 b

c)

Figura 8.49 – Mecanisme de fixare cu filet şi bridă „L”: a- cu rotire manuală; b-cu autorotire; c-cu axă înclinată


131

În figura 8.49. este prezentată construcţia unui mecanism de fixare cu bridă L. Brida este ghidată în bucşa 2, care este centrată în corpul 3 şi fixate prin şuruburile 4 de acesta. La acţionarea piuliţei 5 pentru înşurubare pe prezonul 6, brida 1 coboară realizând fixarea semifabricatului în dispozitiv, brida se poate roti cu 90 o în ghidaj, permiţând manevrarea comodă a semifabricatului. 8.5.5. Proiectarea mecanismelor de fixare simultană în mai multe puncte cu filet şi pârghii Pentru asigurarea unei fixări corespunzătoare a semifabricatelor în dispozitiv se necesită aplicarea unor forţe perpendiculare pe suprafeţele reazemelor, astfel încât să se creeze o presiune uniformă asupra acestora. În caz contrar pot să apară deplasări ale semifabricatelor pe reazeme, care duc la erori de prelucrare. Astfel pentru fixarea semifabricatului din fig.8.50 pentru asigurarea orientării corespunzătoare faţă de cele două reazeme se realizează aplicarea unor forţe simultane perpendiculare pe reazeme prin intermediul şurubului 1 şi pârghia 3, care este articulată în articulaţia A. Forţele S1 şi S2 se echilibrează între ele rezultând : S2 = S 1

a b

(8.54)

Forţa S1 se realizează datorită momentului aplicat şurubului 1. În figura 8.51, se prezintă schema unui mecanism de fixare simultană cu două bride L. Figura 8.50 - Schemă de aplicare a simultană a forţelor de fixare

Figura 8.51 – Mecanism fixare cu două bride „L”

La acţionarea piuliţei 6, aceasta acţionează pe brida 4, trăgând brida 1, prin şurubul 2 realizând forţa de fixare S. În acelaşi timp trage tija 5 cu aceiaşi forţă obligând pârghia oscilantă 7 să se rotească în jurul articulaţiei, trăgând în jos şurubul 8 şi brida „L” 9 realizând forţa S în zona opusă.


132

În figura 8.52 este prezentat un mecanism de fixare simultană în două puncte cu bride de translaţie. Acest mecanism se poate utiliza la gabarite diferite de semifabricate datorită reazemelor reglabile. Mecanismul este format din următoarele elemente: 1-2 tija filetată cu ochi; 3 piuliţă de strângere; 4-5 bride de translaţie: 6 piuliţă de reglaj; 7 piuliţă de blocare; 8-9 reazeme reglabile; 10-11 arcuri elicoidale; 12 pârghie oscilantă; 13 bolţ de articulaţie.

Figura 8.52 – Mecanism de fixare simultan cu filet şi bride de translaţie

Aceste mecanisme duc în general la creşterea gabaritelor şi complexităţii dispozitivelor, dar asigură creşterea preciziei de orientare şi fixare, precum şi creşterea productivităţi fixării şi desfacerii semifabricatelor. Mecanismele de fixare în mai multe puncte pot îndeplinii şi funcţia de prereglare. În figurile 8.53, 8.54, 8.55, 8.56 sunt prezentate câteva tipuri de mecanisme cu filet din această categorie, utilizând două bride, din care una realizează forţa de reglaj, iar a doua forţa de fixare.

Figura 8.53 – Mecanism de fixare şi reglare – varianta I: 1) piuliţă de acţionare; 2) bridă; 3) şurub cu ochi; 4) pârghie cotită; 5) mâner; 6) reazem reglabil

Figura 8.54 – Mecanism de fixare şi reglare varianta II


133

Elementele componente sunt: 1 – pârghie cotită 2 – pârghie oscilantă (rabatabilă) 3 – pârghie blocare 4 – şurub de acţionare 5 – bolţ articulaţie (de legătură) 6 – bolţ

Figura 8.55 – Mecanism de fixare şi reglare varianta III: 1) şurub cu ochi; 2) pârghie rabatabilă; 3) pârghie cotită; 4) piuliţă de acţionare

Figura 8.56 – Mecanism de fixare şi reglare varianta IV: 1) şurub cu ochi; 2) pârghie rabatabilă; 3) pârghie cotită; 4) piuliţă de acţionare

Mecanismele din figurile 8.57, 8.58, realizează fixarea simultană a semifabricatelor în două puncte.

a)

b)

Figura 8.57 – Mecanism de fixare şi reglare varianta V: 1) piuliţă de acţionare; 2) şurub cu ochi; 3, 4) pârghii rabatabile;

134


Prin acţionarea piuliţei 1 acesta acţionează pârghia 3, iar prin intermediul şurubului 2, le acţionează pârghia 4, realizând fixarea semifabricatului în două puncte.

Figura 8.58 – Mecanism pentru fixarea simultană înclinată, cu bride

Figura 8.59 – Mecanism de fixare simultană cu bride „L” şi pârghii oscilante


135

CAPITOLUL 9 TIPURI DE DISPOZITIVE DE ORIENTARE ŞI FIXARE A SEMIFABRICATELOR ÎN DISPOZITIVE Dispozitivele de orientare şi fixare a semifabricatelor au rolul de a asigura orientarea şi fixarea semifabricatelor în dispozitive simultan, fapt ce permite o creştere a productivităţii muncii prin micşorarea timpilor auxiliari necesari prinderii şi desprinderii semifabricatelor. Aceste dispozitive asigură o orientare precisă prin aceea ca elimină jocurile necesare introducerii semifabricatelor pe elementele de orientare. Aceste dispozitive sunt utilizate pentru orientarea şi fixarea pe suprafeţe plane, adică după un plan (fig. 9.1) sau pe suprafeţe cilindrice exterioare şi interioare, adică după o axă (fig. 9.2) şi mai rar pe suprafeţe conice sau sferice.

Figura 9.1 – Schemă de semicentrare

Figura 9.2 – Schemă de autocentrare

Orientarea şi fixarea semifabricatelor se execută cu ajutorul unor elemente mobile sau deformabile ceea ce dă şi denumirea dispozitivului, cum ar fi: cu fălci, pene, plunjere, pârghii, bucşe elastice, şaibe elastice etc. Acţionarea acestor elemente poate fi realizată manual sau mecanizat cu ajutorul şuruburilor simple, şuruburi cu filet stânga-dreapta, pene multiple, came, spirale plane, dornuri şi bucşe conice, hidroplast, ulei etc. Prin combinarea elementelor şi dispozitivelor de acţionare se obţine o varietate mare de dispozitive de orientare şi fixare, care pot fi împărţite în următoarele categorii: a) menghine sau alte dispozitive, care orientează semifabricatele după plane de simetrie; b) orientează semifabricatele după suprafeţe cilindrice exterioare; c) dornuri care orientează semifabricatele după suprafeţe cilindrice interioare. După construcţia elementelor care realizează orientarea şi fixarea, dispozitivele de acest fel se clasifică astfel:


136        (gofrate);   

dispozitive de orientare şi fixare cu prisme; dispozitive de orientare şi fixare cu pârghii; dispozitive de orientare şi fixare cu pârghii şi fălci; dispozitive de orientare şi fixare cu pene plunjere; dispozitive de orientare şi fixare cu bucşe elastice; dispozitive de orientare şi fixare cu bucşe elastice cu pereţi subţiri; dispozitive de orientare şi fixare cu bucşe elastice tip burduf dispozitive de orientare şi fixare cu şaibe elastice; dispozitive de orientare şi fixare cu bile şi role; dispozitive de orientare şi fixare cu membrane elastice.

9.1. Tipuri de dispozitive de orientare şi fixare cu prisme Aceste tipuri de dispozitive au una sau două fălci prismatice care se pot deplasa unilateral sau bilateral. Sunt utilizate la orientarea şi fixarea semifabricatelor prevăzute cu suprafeţe curbe. În fig. 9.3 (a, b, c) sunt prezentate câteva soluţii de orientare a semifabricatelor după axa X-X, cu ajutorul unor prisme 1, având mişcare rectilinie sau oscilantă unilaterală. Prismele sau plăcile de presiune 2 se reglează şi se fixează cu ajutorul şuruburilor 3 şi 4 (fig. 9.3, a, c, d). La dispozitivul din fig. 9.3.b plăcile de presiune 2 sunt fixe iar prisma 1 este oscilantă. Prin strângerea piuliţei 4 se asigură orientarea şi fixarea semifabricatelor în raport cu planul X-X.

Fig. 9.3 – Scheme de orientare şi fixare cu o prismă mobilă


137

Prisma mobilă poate fi acţionată manual sau mecanizat.

Fig. 9.4 – Dispozitive de orientare şi fixare cu prisme şi şurub de acţionare

Fig. 9.5 – Dispozitive de orientare şi fixare cu prisme şi excentric de acţionare

În figurile 9.6, 9.7, 9.8 sunt prezentate câteva tipuri de dispozitive de orientare şi fixare cu prisme cu mişcare bilaterală de tip autocentrant. În fig. 9.6, 9.7, sunt prezentate trei tipuri de astfel de dispozitive care utilizează pentru deplasarea prismelor mobile un şurub cu filet stânga-dreapta. Aceste dispozitive realizează orientarea semifabricatelor după două plane de simetrie x-x şi y-y. În fig. 9.6 prismele schimbabile 1 sunt fixate pe fălcile mobile 2, care se pot deplasa în ghidajele practicate în corpul 3, cu ajutorul şurubului cu filet stângadreapta 4.

138

Dispozitive pentru Sisteme de Fabricaţie Fig. 9.6 – Dispozitiv de autocentrare cu prisme – fălci şi şurub de acţionare

Reglarea prismelor în raport cu axa y-y se realizează cu ajutorul tijelor filetate 7, care deplasează furca 5, împreună cu fălcile 2 şi prismele 1. În poziţia reglată, furca 5 se fixează cu ajutorul şuruburilor 6. În figura 9.7 este prezentat un dispozitiv din această categorie la care prismele 1 sunt articulate pe fălcile 2 cu bolţurile 3.

Fig. 9.7 – Dispozitiv autocentrant cu prisme rabatabile – fălci şi şurub de acţionare

Orientarea şi fixarea semifabricatelor se realizează prin deplasarea simultană a fălcilor 2, cu ajutorul şurubului stânga-dreapta 4. În stare liberă prismele 1 sunt menţinute în poziţie rabătută de către plunjerele 8 şi arcurile 9, uşurând schimbarea semifabricatu-lui. Reglarea prismelor după axa y-y se realizează identic cu dispozitivul descris în fig. 9.6.


139

Fig. 9.8 – Dispozitiv autocentrant cu pârghii şi prisme acţionat mecanizat

La dispozitivul din figura 9.8, prismele 1 sunt fixate de pârghiile oscilante 2. Aceste pârghii pot fi acţionate prin intermediul excentricului 3, manual sau mecanizat prin angrenajul melc-roată melcată 4, 5. Menţinerea deschisă a prismelor este asigurată de arcurile elicoidale 7, uşurând schimbarea semifabricatului. La toate aceste dispozitive prismele pot fi înlocuite cu bacuri cu suprafeţe plane sau de altă formă, caz în care aceste dispozitive devin menghine de orientare şi fixare sau menghine autocentrante. Pentru calculul forţelor de fixare sub acţiunea forţei de acţionare se utilizează schema din figura 9.9.

Fig. 9.9 – Schemă de calcul al forţelor de fixare


140

Falca mobilă se află în echilibru sub acţiunea forţei de acţionare Q, a forţei de fixare S şi a forţelor de frecare care apar în ghidaje. Datorită rotirii fălcii în ghidaj apare o forţă de presiune distribuită triunghiular care se reduce la două forţe normale N, aflate la 2/3 din lungimea ghidajului fălcii. Forţele N determin apariţia forţelor de frecare F, care se opun deplasării fălcii. Se scriu ecuaţiile de moment şi proiecţie a forţelor obţinând:

2 Q  l 2  N  l 3  S  l1  0 3

(9.1)

Q  2F  S  0 F   N

(9.2)

unde:  este coeficientul de frecare dintre falcă şi ghidaj. Din prima ecuaţie rezultă: N

3 (Q  l 2  S  l 1 ) 2  l3

(9.3)

înlocuind în a doua ecuaţie rezultă: l2 l3 S Q l1 1  3 l3 1  3

(9.4)

Din această relaţie se observă că randamentul ridicat de transmitere a forţei Q se obţine atunci când lungimea l3 a ghidajului este mai mare şi dacă consola l1 şi braţul l2 a forţei Q faţă de ghidaj sunt mai mici. Aceste elemente trebuiesc avute în vedere la proiectarea şi exploatarea acestor tipuri de dispozitive.

9.2. Tipuri de dispozitive de o rientare şi fixare cu pârghii În cazul acestor dispozitive orientarea şi fixarea se realizează cu ajutorul unor pârghii articulate care au o rotire unghiulară riguros constantă. Au o construcţie relativ simplă, randament ridicat şi pot fi mecanizate şi automatizate. Dezavantajul acestor dispozitive constă în faptul că solicitările din procesul de prelucrare sunt preluate în majoritate de articulaţiile pârghiilor. Aceste dispozitive pot fi utilizate pentru orientarea semifabricatelor după un plan, când dispun de două pârghii (fig. 9.10, 9.11, 9.12, 9.14); sau după o axă de simetrie, când dispun de trei sau mai multe pârghii (fig. 9.15 a, b, c).


Fig. 9.10 – Dispozitiv de orientare şi fixare cu pârghii şi plungere mecanizat

141

Fig. 9.11 – Dispozitiv de orientare şi fixare cu pârghii şi excentric de acţionare

Dispozitivele pentru orientarea şi fixarea semifabricatelor după un plan sunt formate din două pârghii articulate, care pot fi deplasate simetric de către: (1) o pană şi plunjere acţionate mecanizat (fig. 9.10); (2) o bucşă conică, acţionată cu un excentric (fig. 9.11). La dispozitivul din fig. 9.12, pârghiile 3 şi 4 se rotesc sub acţiunea şurubului 2, realizând orientarea şi fixarea a două semifabricate. Frecvent aceste tipuri de dispozitive sunt întâlnite în construcţia roboţilor industriali, ca dispozitiv de prehensiune, fiind acţionate pneumatic, hidraulic sau electro-magnetic fig. 9.13.

Fig. 9.12 – Dispozitiv de orientare şi fixare cu două pârghii şi şurub

142


Fig. 9.13 – Dispozitive de orientare şi fixare cu două pârghii acţionate mecanizat

Dispozitivul din fig. 9.14 realizează centrarea semifabricatului prin pârghiile 1, sub influenţa penei 2, acţionată de excentricul 3.

Fig. 9.14 – Dispozitiv de orientare şi fixare cu două pârghii – excentric şi pană dublă

Dispozitivele cu trei şi mai multe pârghii se mai numesc şi autocentrante. În fig. 9.15 (a, b, c) sunt prezentate trei tipuri de astfel de dispozitive.


143

Pârghiile 2 ale dispozitivului din fig. 9.15.a sunt acţionate în vederea orientării semifabricatului de către cursorul 4, acţionat la rândul său prin intermediul unui motor. Forţa de fixare S realizată de către o pârghie sub acţiunea forţei exterioare Q este dată de relaţia: S

1 a  Q n b

(9.5)

unde: n = numărul pârghiilor; a, b = braţele pârghiilor Q = forţa de acţionare. Dispozitivul din fig. 9.15.b asigură rotirea pârghiilor şi orientarea semifabricatului sub acţiunea greutăţii proprii a acestuia, crescând forţele de strângere odată cu creşterea componentei axiale a forţelor de aşchiere. Componenta axială a forţei de acţionare Q este dată de relaţia:

Q  Fa  G  P Q

(9.6)

unde: F - forţa remanentă din arc; G - greutatea semifabricatului; Fa - forţa de aşchiere axială;

Fig. 9.15 – Dispozitive de orientare şi fixare cu trei pârghii: a – acţionat mecanizat prin tijă; b – acţionat mecanic de către forţele de aşchiere şi greutate proprie; c – un motor de acţionare înglobat

Forţa de fixare realizată de către o pârghie este dată de relaţia:

S

1 a Q nb

(9.7)

S

1 a   Fa  G  F  n b

(9.8)

sau


144

unde: a şi b sunt braţele pârghiei; n – numărul de pârghii. Dispozitivul din figura 9.15.c asigură rotirea pârghiilor 1 în vederea orientării şi fixării semifabricatului prin intermediul pistoanelor 4 şi 5 ale motorului pneumatic sau hidraulic înglobat în corpul 3 al dispozitivului.

Fig. 9.16 – Dispozitiv de orientare şi fixare cu pârghii, mecanizat

În fig. 9.16 se prezintă un dispozitiv de orientare şi fixare cu trei pârghii pentru fixarea pe suprafaţă frontală acţionat mecanizat. Dispozitivul este format din pârghiile 1, articulate prin bolţurile 3, acţionate prin intermediul etrierelor 2, flanşa 4 de către tija 6 a motorului de acţionare. Întregul sistem este cuprins în corpul 5. În fig. 9.17 se prezintă un dispozitiv de orientare şi fixare din aceeaşi categorie având motorul pneumatic sau hidraulic de acţionare 8 înglobat în interiorul dispozitivului. Dispozitivul este format din pârghiile 1 (2-3 pârghii) comandate prin sistemul de etriere 2, 3, 4, discul 6 de către tija 7 a motorului. Bascularea pârghiilor 1 spre exterior permite manevrarea comodă a semifabricatului.


145

Fig. 9.17 – Dispozitiv de orientare şi fixare cu pârghii, mecanizat, cu motor înglobat

Dispozitivele din figura 9.15 a şi c pot fi utilizate în poziţie verticală sau orizontală, atât staţionare cât şi de tip rotativ.

9.3. Tipuri de dispozitive de orientare şi fixare cu pârghii şi fălci mobile Acest tip de dispozitive pot realiza orientarea şi fixarea semifabricatelor după un plan de simetrie sau după o axă de simetrie, după cum numărul fălcilor mobile este egal cu două sau trei şi mai multe fălci. Aceste dispozitive sunt de tip mandrină, au un randament ridicat şi pot fi mecanizate. Neavând proprietăţi de autofrânare este necesar să fie prevăzute cu sisteme de siguranţă care să împiedice desprinderea semifabricatului în timpul prelucrării. În fig. 9.18 se prezintă un dispozitiv de orientare şi fixare după o axă de simetrie, având două sau mai multe fălci mobile, cu profilul zonei active corespunzătoare formei semifabricatului. Funcţionează în felul următor: sub acţiunea tijei 12, prin intermediul manşonului 11, pârghiile 6 se rotesc în jurul articulaţiilor 7, obligând fălcile mobile 4 să se de-plaseze radial spre interior, orientând şi fixând semifabricatul. Contactul cu semifabricatul se realizează prin intermediul bacurilor schimbabile şi reglabile 2. Reglarea se realizează cu ajutorul şuruburilor 3 şi a galeţilor 5.


146

Figura 9.18 – Dispozitiv de orientare şi fixare cu pârghii şi fălci mobile, acţionat mecanizat

Dispozitivele cu trei sau mai multe fălci asigură o orientare şi fixare mai bună decât cele cu două fălci, având şi o siguranţă mai mare în funcţionare. În 9.19 şi 9.20 se prezintă de asemenea două dispozitive de orientare şi fixare cu pârghii şi fălci mobile, acţionate mecanizat.

Fig. 9.19 – Dispozitiv de orientare şi fixare cu pârghii şi fălci mobile acţionat mecanizat – variantă

Fig. 9.20 – Dispozitiv de orientare şi fixare cu pârghii şi fălci mobile acţionat mecanizat – variantă


147

9.4. Tipuri de dispozitive de orientare şi fixare cu pene şi plunjere Dispozitivele de orientare şi fixare cu pene şi plunjere sunt în general de tipul dornurilor, fiind destinate pentru orientarea şi fixarea semifabricatelor pe suprafeţe cilindrice interioare neprelucrate sau prelucrate brut. Ele pot fi realizate cu un rând de plunjere sau cu două rânduri de plunjere. În fig. 9.21 sunt prezentate două tipuri de dispozitive cu pene plunjere dispuse pe un singur rând.

Fig.9. 21.a – Dispozitiv de orientare şi fixare cu pene-plunjere, manual

Semifabricatul este orientat şi fixat de către plunjerele 2, dispuse la 120 O, fiind deplasate radial în ghidajele practicate în corpul 6 de către pana 1. Pana 1 este deplasată fie manual cu ajutorul şurubului 3, (fig. 9.21.a), fie mecanizat prin intermediul tijei 3, (fig. 9.21.b).

Fig.9. 21.b – Dispozitiv de orientare şi fixare cu pene-plunjere, mecanizat

148


Aceste dispozitive sunt utilizate pentru orientarea şi fixarea semifabricatelor scurte de tip inele sau cave. În fig. 9.22 este prezentat un dispozitiv de orientare şi fixare cu plunjere dispuse în două secţiuni.

Fig. 9.22 – Dispozitiv de orientare şi fixare cu pene-plunjere în două secţiuni, acţionat manual

Acţionarea se realizează manual, cu ajutorul şurubului 1. Prin acţionarea şurubului 1, penele multiple 2 şi 3 sunt deplasate spre interior, deplasând plunjerele 4 şi 6 spre exterior, realizând orientarea şi fixarea semifabricatelor. În fiecare secţiune se pot găsi trei sau patru plunjere. Acţionarea poate fi şi mecanizată folosind un motor rotativ care acţionează şurubul 1.


149

9.5 Proiectarea şi construcţia dispozitivelor de orientare şi fixare cu pene şi lamele, pene şi segmenţi Aceste dispozitive pot orienta şi fixa semifabricate pe suprafeţe cilindrice interioare, când sunt denumite dornuri, sau pe suprafeţe cilindrice exterioare, când sunt denumite mandrine. Dispozitivele pot fi acţionate manual sau mecanizat. Prezintă avantajul unei precizii ridicate de orientare (până la 5 m). Permit orientarea semifabricatelor mai lungi şi cu pereţi subţiri. Dezavantajul acestor dispozitive îl prezintă complexitatea ridicată a tehnologiei de execuţie. În fig. 9.23 sunt prezentate două tipuri de dispozitive de orientare şi fixare cu pene şi lamele de tip dornuri. Semifabricatul 1 (fig. 9.23.a) este orientat şi fixat cu ajutorul lamelelor 2, deplasate axial de bucşa 7, fixată de tija 8, care Fig. 9.23.a – Dispozitiv de orientare şi fixare cu pene şi face legătura cu sistemul de lamele, mecanizat acţionare. Lamelele sunt deplasate radial şi ghidate de pana multiplă 4. La dispozitivul din fig. 9.23.b., pana multiplă este înlocuită cu dornul conic 1, a cărui tijă se leagă de sistemul de acţionare. Acest dispozitiv are specific un reazem frontal cu autoaşezare (basculant) 3 care asigură un contact cert cu suprafaţa frontală a semifabricatului.

Fig. 9.23.b – Dispozitiv de orientare şi fixare cu pene şi lamele, cu autoaşezare

În figura 9.24 a, b, c sunt prezentate alte trei tipuri de dispozitive de orientare şi fixare cu pene şi lamele acţionate mecanizat.


150

a

b

c Fig. 9.24 – Dispozitive de orientare şi fixare cu pene şi lamele mecanizate – variante

9.6. Proiectarea şi construcţia dispozitivelor de orientare şi fixare cu bucşe elastice. Dispozitivele de orientare şi fixare cu bucşe elastice realizează precizii ridicate de orientare, până la 0,02 mm, au în general o construcţie simplă, ceea ce a condus la o largă răspândire a acestora. Utilizarea lor conduce la o însemnată economie de manoperă auxiliară, datorită rapidităţii în acţiune. Orientarea şi fixarea semifabricatelor se realizează prin deformarea elastică a bucşelor, ceea ce limitează domeniul de lucru. Din această cauză semifabricatele care se orientează şi fixează în dispozitive cu bucşe elastice pe suprafeţe interioare sau exterioare trebuiesc prelucrate iniţial sau să se utilizeze bare calibrate la care toleranţa să nu depăşească valoarea: TD  0,05  D

(9.9)

Elementul elastic care realizează orientarea şi fixarea la aceste dispozitive este bucşa elastică. Bucşele elastice utilizate în construcţia dispozitivelor pot fi cu con direct figura 9.25.a care în timpul orientării şi figurii sunt supuse la eforturi de compresiune, cu con invers figura 9.25.b care în timpul orientării şi fixării sunt supuse la eforturi de întindere şi cu con bilateral figura 9.2.c.


151

a

b

c Fig. 9.25 – Tipuri de bucşi elastice: a-con direct; b-con invers; c-con bilateral interior

Unghiurile nominale ale suprafeţelor conice utilizate la aceste dispozitive sunt în general de 300 cu diferenţe de 10 între suprafeţele conjugate, pentru a evita blocarea lor.

Fig. 9.26 – Forme geometrice ale bucşelor elastice: a-cilindric; b-cu profil pătrat; c-cu profil hexagonal; d-cu profil dreptunghiular; e-cu suprafaţă lisă; f, g, h-cu suprafaţă canelată; i, j-cu suprafaţă zimţată

152


Din punct de vedere al profitului şi al formei geometrice a suprafeţei de contact cu semifabricatul bucşele elastice por fi de diferite forme, conform figurii 9.26. Din punct de vedere constructiv bucşele elastice pot fi cu fălci fixe, cu fălci fixe şi bacuri schimbabile (fig. 9.27 a b); cu fălci libere, detaşabile (fig.9.27.c).

Fig. 9.27 – Bucşe elastice speciale: a, b-cu bacuri schimbabileş c-cu fălci detaşabile

Cele mai răspândite tipuri de dispozitive cu bucşe elastice, utilizate în construcţia dispozitivelor sunt cele acţionate manual sau mecanizat (pneumatic, hidraulic, centrifugal sau electromagnetic). În figura 9.28 sunt prezentate patru tipuri de dispozitive de orientare şi fixare cu bucşe elastice tip mandrină. În fig. 9.28,a se prezintă un dispozitiv cu bucşe elastică cu con direct. Bucşa elastică cu con direct 1, este centrată şi sprijinită axial în corpul dispozitivului 2 şi deformată prin înşurubarea manşonului 3, nu asigură o precizie de centrare ridicată deoarece manşonul filetat, pe care se centrează fălcile,se asamblează cu corpul 2 prin înşurubare. În figura 9.28.b, se prezintă un dispozitiv cu bucşe elastică biconică, bucşa biconică 1 este ghidată prin două suprafeţe conice faţă de corpul 2 al dispozitivului şi faţă de manşonul de acţionare 3 .Manşonul de acţionare 3 este ghidat printr-o suprafaţă cilindrică faţă de corpul 2 ceea ce asigură o precizie bună de orientare. În figura 9.28.c se prezintă un dispozitiv cu bucşe elastică cu con invers, care are o precizie de centrare mai bună, deoarece bucşa elastică1, este centrată în interiorul reducţiei conice2, fixată pe alezajul conic al axului principal 5. Pentru transmiterea momentului de torsiune de la corpul dispozitivului la bucşa elastică se utilizează ştiftul filetat 4. În figura 9.28.d este prezentat un dispozitiv de orientare şi fixare cu bucşe elastică, de tip mandrină acţionat mecanizat. Dispozitivul realizează orientarea şi fixarea semifabricatului prin tragerea bucşei elastice 1, cu forţa exterioară Q care se deformează datorită reducţiei conice 2. Manşonul 6 limitează deplasarea axială a bucşei elastice 1.


153

a

b

c

d

Fig. 9.28 – Dispozitive de orientare şi fixare cu bucşi elastice – tip mandrine

În figurile 9.29 a,b,c,d sunt prezentate câteva tipuri de dispozitive de orientare şi fixare cu bucşe elastice de tip dorn pentru orientarea pe suprafaţa interioară.

a)

b)


154

c)

d)

Figura 9.29 – Dispozitive de orientare şi fixare cu bucşi elastice – tip dorn

În fig. 9.29.a bucşa elastică 1, este montată direct pe arborele principal 3 şi este deformată de conul 2, acţionat manual. Se utilizează pentru semifabricate scurte. În fig. 9.29.b, dispozitivul este format dintr-o bucşă elastică biconică 2, care este deformată de conul corpului 1 şi de conul corpului mobil 3, acţionat de piuliţa 4. În fig. 9.29.c, este prezentat un dorn cu bucşă bilconică cu acţionare mecanizată. Dornul este fixat pe arborele principal al maşinii - unelte. Prin acţionarea spre stânga a tijei 9, aceasta deplasează dornul rigid 3, prevăzut cu un con, se deformează bucşa elastică 6, care orientează şi fixează semifabricatul. În cazul în care unghiurile suprafeţelor conice sunt mai mici de 90, se poate produce blocarea dispozitivului. Pentru deblocarea dispozitivului se utilizează şurubul 4 montat în nervura bucşei elastice. La deplasarea spre dreapta a dornului rigid 3, şurubul 4 va opri bucşa elastică dacă aceasta s-a blocat în partea dreaptă, sau o va antrena spre dreapta, dacă s-a blocat în stânga pe suprafaţa conică a corpului 2. În fig. 9.30. se prezintă un dispozitiv de orientare şi fixare cu bucşi elastice multiple. Semifabricatele sunt orientate şi fixate pe bucşele elastice 1, care sunt deformate elastic prin tijele conice 3, de către arcurile disc 4, cu axul cu excentric 5. În figura 9.31. se prezintă un dispozitiv de orientare şi fixare cu bucşi elastice multiplu de tip rotativ. Fixarea semifabricatelor se realizează de către bucşele elastice 1, deformate elastic de către forţa arcurilor disc 2. La rotirea platoului 3 în jurul axului 4, cama 7, fixată pe discul 6, comprimă arcurile disc realizând deformarea semifabricatelor. La acest post operatorul încarcă şi descarcă dispozitivul. Aceste dispozitive se utilizează la utilaje de tip agregate.


Figura 9.30 – Dispozitiv cu bucşi elastice multiplu liniar

Fig. 9.31 – Dispozitiv cu bucşi elastice multiplu-rotativ

155


156

9.7. Tipuri de dispozitive de orientare şi fixare cu bucşe elastice cu pereţi subţiri Această categorie de dispozitive realizează orientarea şi fixarea semifabricatelor datorită deformaţiei elastice pe direcţie radială a unor bucşe cu pereţi subţiri, compacte, datorită presiunii exercitate de lichide, hidroplast sau cauciuc. În fig. 9.32.a, b, sunt prezentate două tipuri de dispozitive de orientare şi fixare cu ulei, acţionate manual(hidrostatice).

a)

b)

Fig. 9.32 – Dispozitive de orientare şi fixare cu bucşi elastice hidrostatice: a-tip mandrină; b-tip dorn

În fig. 9.32.a dispozitivul este tip mandrină, iar în fig. 9.32.b, de tip dorn. Semifabricatele sunt orientate şi fixate prin deformarea bucşelor elastice cu pereţi subţiri 2, datorită presiunii create în ulei de un element 3, de tip şurub, sau plunjer acţionat manual sau mecanizat. Uleiul utilizat este ulei de turbină cu vâscozitate mare sau ulei pentru transmisii mecanice. Aceste dispozitive necesită prelucrări foarte îngrijite şi etanşeităţi corespunzătoare pentru evitarea pierderilor de ulei.


157

Fig. 9.33 – Dispozitiv de orientare şi fixare cu hidroplast mecanizat

În fig. 9.33, 9.34 şi 9.35 sunt prezentate câteva tipuri de dispozitive orientare şi fixare cu hidroplast de tip dornuri.

de

Fig. 9.34 – Dispozitiv de orientare şi fixare cu hidroplast şi bucşi elastice în trepte, manual

Hidroplastul este un material sintetic cu aspectul unui cauciuc fără pori, translucid, care se comportă ca un lichid cu vâscozitate mare, fiind practic incompresibil şi având capacitatea de a transmite presiuni constante în toată masa, în conformitate cu principiul lui Pascal.


158

Având vâscozitate mare, nu sunt necesare elemente de etanşare complexe, nu sunt necesare elemente intermediare rigide, deci lipsa jocurilor funcţionale fac ca aceste dispozitive să aibă o construcţie simplă , o exploatare sigură şi precisă.

Fig. 9.35 – Dispozitiv de orientare şi fixare cu hidroplast şi pârghie, mecanizat

Prezintă însă dezavantajul că nu pot lucra la temperaturi mai mari de 60C, datorită fluidizării hidroplastului. De asemenea nu pot centra semifabricate cu toleranţe şi jocuri diametrale mari ale suprafeţelor de centrare. În tabelul 9.1 sunt prezentate tipurile de hidroplast utilizate în construcţia dispozitivelor şi compoziţia lor. Presiunea în hidroplast poate fi creată mecanizat (pneumatic, hidraulic), sau manual prin intermediul unor şuruburi şi plunjere. Pentru a evita deformaţiile plastice ale bucşelor cu pereţi subţiri, ca urmare a acţionării în gol, la unele construcţii de dispozitive se prevăd elemente speciale pentru limitarea şi reglarea curselor elementelor de acţionare, respectiv a presiunilor create în hidroplast. Pentru reglarea presiunilor iniţiale în hidroplast, precum şi pentru eliminarea jocurilor iniţiale se folosesc şuruburile şi plunjerele 8 de reglaj (fig. 9.35) Tabelul 9.1 – Tipuri de hidroplast Compoziţie

Marca hidroplastului DM SM Policlorură de vinil 10 20 Dibutilftalat 88 78 Stearat de calciu 2 2 Ulei de vid Caracteristici Tehnice Grad de duritate moale semidur Compresibilitate 0,5%100daN/cm2 Pierderi prin neetanşeităţi la J=0.01 J=0.01 presiuni[bari] şi jocul j [mm] p>125 p>450

MATI 1-4 20 59,2 0,8 20 dur J=0.01 p>450


Domeniu de utilizare

Temperaturi de încălzire pentru umplere[C]

159

Curse şi distanţe mari, presiuni moderate 120...130

Curse şi distanţe mici, presiuni mari

Curse mici, presiuni moderate

140...150

150...160

Asamblarea bucşelor elastice cu corpul dispozitivului se face prin încălzirea la 80-100 a bucşei ( pentru dornuri) sau a corpului ( pentru mandrine).

9.8. Proiectarea şi construcţia dispozitivelor de orientare şi fixare cu bucşe elastice de tip burduf (gofrate) Aceste dispozitive se caracterizează prin aceea că orientarea şi fixarea semifabricatelor se realizează cu ajutorul unor bucşe elastice cu pereţi subţiri având formă de burduf (gofrate). Avantajele acestor dispozitive sunt: precizie ridicată de orientare (ordinul micronilor), simplitatea constructivă, costul redus şi siguranţa mare în exploatare. Nu se recomandă în cazul prelucrărilor cu regimuri intense. Aceste dispozitive sunt în general de tip dornuri cu domeniul cuprinse între 6-350 mm şi lungimi mari. Dispozitivele pot fi acţionate manual sau mecanizat.

Fig. 9.36 – Dispozitiv de orientare şi fixare cu bucşe elastică gofrată, acţionat manual

Fig. 9.37 – Dispozitiv de orientare şi fixare cu bucşe elastică gofrată, acţionat mecanizat

Orientarea şi fixarea semifabricatelor se realizează prin deformaţia elastică a bucşelor, care fiind relativ mică, necesită ca semifabricatele să prezinte abateri dimensionale reduse şi să aibă suprafeţele de orientare prelucrate iniţial. Dispozitivele de acest tip pot fi realizate în două variante: cu o bucşă elastică şi cu două bucşe elastice tip burduf. În fig. 9.36 este prezentată o construcţie de dispozitiv de orientare şi fixare cu bucşe elastică de tip burduf acţionat manual prin


160

intermediul piuliţei randalinate 3, iar în fig.9.37, un dispozitiv cu acţionare mecanizată prin intermediul tijei de acţionare 3. Modificările diametrelor exterioare, respectiv interioare ale bucşelor burduf nu trebuie să depăşească limitele elasticităţii materialului din care sunt confecţionate respectiv trebuie să respecte relaţiile:

J1max  D  0,0015D

(9.10)

J2 max  d  0,0015d

(9.11)

unde: D – diametrul exterior al bucşei elastice; d – diametrul interior al bucşei elastice; J1max, J2max – jocurile maxime dintre bucşa burduf şi semifabricat, respectiv dintre corpul dispozitivului şi bucşa elastică în stare liberă.

9.9. Tipuri de dispozitive de orientare şi fixare cu inele elastice Caracteristic acestor dispozitive este elementul elastic care realizează orientarea şi fixarea semifabricatului sub forma unor inele (şaibe) elastice. Ele au forma unor arcuri farfurie cu crestături radiale pentru mărirea elasticităţii, care prin deformare îşi modifică diametrele exterioare şi interioare, fig. 9.38. Aceste dispozitive au o construcţie relativ simplă şi asigură precizii de orientare de 0,01-0,03 mm. Realizează forţe de fixare relativ mari, fiind indicate în special pentru producţia de serie mare, la prelucrări de finisare. Dispozitivele cu inele elastice pot fi construite în două variante: de tip dorn, pentru orientarea şi fixarea pe suprafeţe cilindrice interioare şi de tip mandrine pentru orientarea şi fixarea pe suprafeţe cilindrice exterioare. Ele pot fi acţionat manual sau mecanizat.

a

b Fig. 9.38 – Forma inelelor elastice

Inelele elastice pot fi dispuse în una sau două secţiuni, funcţie de lungime bazei de orientare, având diametre egale sau diferite.


161

De regulă un pachet de inele trebuie să conţină 2, 3 sau mai multe inele, care pot fi libere sau înglobate în cauciuc fig. 9.38.b.

Fig. 9.39 – Dispozitiv de orientare şi fixare cu inele elastice tip dorn scurt

În figura 9.39 este prezentat un dispozitiv de tip dorn scurt acţionat manual. Legătura cu maşina-unealtă se face prin intermediul corpului prevăzut cu con morse sau I.S.O. Forţa axială necesară deformării inelelor plastice 4, se aplică cu ajutorul şurubului 5, prin intermediul bucşei 2. Bucşa 3 joacă rol de reazem frontal pentru semifabricat şi reazem pentru inelele elastice. La dispozitivele de tip dorn scurt, fig. 9.40 a, b, deformaţia inelelor elastice 2 se realizează mecanizat prin intermediul tijei 3. Semifabricatele sunt rezemate prin intermediul bolţurilor 1 (reazeme frontale). Dispozitivele de tip dorn lung, fig. 9.40 c, d, e, au inelele elastice dispuse în două secţiuni, având aceleaşi diametre (fig. 9.40 c, e) cu diametre diferite (fig. 9.40 d). Ele sunt acţionate mecanizat prin intermediul tijei de acţionare 5. În fig. 9.40.f, este prezentat un dispozitiv de orientare şi fixare de tip dorn cu inele elastice şi pereţi cu bucşe cu pereţi subţiri. Orientarea şi fixarea semifabricatelor se realizează prin deformaţia bucşei elastice cu pereţi subţiri 4. Sub acţiunea forţei de acţionare Q, aplicată la tija 1, prevăzută cu o suprafaţă conică, rolele 3, deplasându-se radial spre exterior, deformând inelele elastice 2, iar acestea deformează bucşa elastică cu pereţi subţiri

162


Fig. 9.40 – Dispozitive de orientare şi fixare cu inele elastice tip dorn acţionate mecanizat


163

9.10. Proiectarea şi construcţia dispozitivelor de orientare şi fixare cu membrane plane Caracteristic acestor dispozitive este existenţa în construcţia lor a unei membrane elastice care este prevăzută cu o serie de fălci dispuse pe un cerc de un anumit diametru. Ele pot realiza orientarea şi fixarea pe suprafeţe cilindrice exterioare, când se numesc mandrine, sau pe suprafeţe cilindrice interioare, când se numesc dornuri. Orientarea şi fixarea semifabricatelor se obţine prin deformaţia elastică a membranei. Aceste dispozitive se folosesc pentru orientarea şi fixarea semifabricatelor pe suprafeţe prelucrate cu toleranţe de execuţie mici, la operaţii de finisare. Ele au o construcţie simplă şi pot fi acţionate manual sau mecanizat. Ele realizează în condiţii normale precizii de orientare de 1-3 m. Membranele elastice se execută din oţeluri OLC 75A STAS 880-80 sau Arc 6, Arc 8, STAS 795-80 călit-revenit la 55-58 HRC. În figurile 9.41 şi 9.42 sunt prezentate două construcţii tipice de astfel de dispozitive.

a

b

Fig. 9.41 – Dispozitiv de orientare şi fixare cu membrană elastică şi bacuri reglabile

La dispozitivul din figura 9.41 semifabricatul 1 este orientat şi fixat cu forţele S, când tija 6, acţionată manual sau mecanizat este retrasă, după ce iniţial a deformat membrana 3, desfăcând fălcile 4, cu şuruburile de reglaj 2, în vederea manevrării semifabricatului. Forţele de fixare S se realizează deci în lipsa forţei de acţionare Q, numai datorită tensiunilor remanente ale membranei. Şuruburile 2, permit reglarea dispozitivului pentru diverse diametre ale semifabricatelor şi permit refacerea preciziei prin rectificarea lor în cazul uzării. Acest tip de dispozitiv permite orientarea şi fixarea semifabricatelor şi pe suprafeţe cilindrice interioare caz în care deformaţia membranei în vederea orientării şi fixării se realizează sub acţiunea forţei exterioare de acţionare Q.


164

a

b

Fig. 9.42 – Dispozitiv de orientare şi fixare cu membrană elastică

La dispozitivul cu membrană din figura 9.42 forţele de fixare S, se obţin prin deformarea membranei 1, prin intermediul tijei 2, sub acţiunea forţei exterioare Q.

Fig. 9.43 – Dispozitiv de orientare şi fixare cu membrană – variantă

În figura 9.43 se prezintă o altă variantă de dispozitiv de orientare şi fixare cu membrană format din următoarele elemente:1 – tijă de acţionare; 2 – arc elicoidal; 3 – bucşă de presiune; 4 – membrană elastică prevăzută cu bacuri; 5 – şuruburi de reglare. Forţa de acţionare Q necesară acţionării dispozitivului se calcu-lează cu relaţiile:


Q

165

4j(rad) r 3rf ln f rn

(9.12)

unde:

Eg3 este rigiditatea cilindrică a membranei [daNmm]; 12(1   2 )  – unghiul de desfacere a unei fălci [rad]; rf – raza de dispunere a fălcilor [mm]; rn – raza de încastrare a membranei [mm]; g – grosimea membranei [mm];  = 0,3 – coeficientul lui Poisson pentru materialul membranei; E – modulul de elasticitate al materialului membranei, E  2,1  104 daN/mm2 . Între cursa Ca a tijei de acţionare şi cursa radială Cf a unei fălci există relaţia: j



Ca  Cf

rf a

unde: a - lungimea unei fălci.



(9.32)


166

PARTEA A II-A DISPOZITIVE DE MANIPULARE AUTOMATĂ CAPITOLUL 10 LOCUL ŞI ROLUL DISPOZITIVELOR DE MANIPULARE AUTOMATĂ ÎN SISTEMELE FLEXIBILE DE FABRICAŢIE 10.1. Introducere Definiţie. Dispozitivele de manipulare automată – DMA (instalaţii aducătoare/ evacuare – IA/E) reprezintă o componentă a subsistemului de manipulare ale cărei funcţiuni sunt generarea anumitor mişcări ale obiectului de lucru şi efectuarea acestora în conformitate cu o logică secvenţială şi cu cerinţele de manipulare care urmează a fi realizate. Orice tehnologie reprezintă un proces de fabricaţie, destinat obţinerii unui produs, sau o parte a unui produs, sau servicii. Prin aceasta se înţelege totalitatea operaţiilor de prelucrare şi manipulare care concură la realizarea produsului sau serviciului. Procesele de fabricaţie sunt strict legate de sistemele de fabricaţie. Termenul de proces are semnificaţia de „succesiune a stărilor” prin care trece un produs în desfăşurarea sa temporară, transformarea anumitor elemente în cadrul fenomenului de producţie, transformarea orientată ca scop şi decurgând din aplicarea unor cunoştinţe. Prin sistem de fabricaţie se înţelege totalitatea mijloacelor tehnice (maşini, dispozitive, scule, instalaţii, programe) şi a relaţiilor între acestea care contribuie la realizarea fabricaţiei. Procesele de fabricaţie şi sistemele de fabricaţie au avut o evoluţie ascendentă de-a lungul timpului dinspre sistemele simple, rigide spre sisteme flexibile de mare complexitate. Odată cu creşterea necesităţii unei mari cantităţi dintr-un anumit tip de produs a apărut noţiunea de producţie de masă. Organizarea sistemului de producţie de masă se află în opoziţie cu producţia individuală precum şi cu producţia de serie. Apar în acest sens elemente de automatizare a producţiei şi concepţia produselor se organizează pe principiul modularizării şi al interschimbabilităţii. Modularizarea constă în compunerea unui produs din mai multe module (elemente) tipizate. Interschimbabilitatea este o manieră de proiectare şi execuţie, care asigură utilizarea în condiţii identice a unui produs tipizat, indiferent care este ansamblul în care este folosit. Industria automobilului a devenit principala beneficiară a celor mai tehnici de automatizare şi un domeniu propice de aplicare a tehnologiilor de masă. Progrese s-au înregistrat şi în producţia de maşini-unelte etc. Toate aceste acumulări cantitative şi calitative fac ca în anii 1913-1914 să se organizeze primul


167

flux tehnologic pentru asamblarea automobilelor (de către Henry Ford) în 84 de posturi. O altă etapă a evoluţiei sistemelor de fabricaţie o constituie apariţia liniilor de transfer tehnologic, la care un număr de maşini-unelte lucrează simultan operaţii distincte la acelaşi tip de piesă, urmând ca piesele să treacă ritmic de la un post de lucru la altul astfel încât la fiecare tact al liniei se va obţine o piesă finită şi se introduce în flux un semifabricat nou. Trecerea la alt tip de produs implică o însemnată restructurare, motiv pentru care acest sistem de fabricaţie se numeşte sistem rigid de fabricaţie. Nevoia de schimbare rapidă a tipului de produs impusă de cerinţele pieţei a condus la apariţia sistemelor flexibile de fabricaţie (SFF), în care se poate prelucra o mare varietate de produse pe acelaşi utilaj cu cheltuieli minime de adaptare. În cadrul SFF seria de produse este restrânsă apărând astfel o mare varietate de loturi de fabricaţie de dimensiuni variabile. Între producţia în flux şi cea pe loturi de fabricaţie apar următoarele diferenţe semnificative:  reglaje diferite ale sculelor;  sisteme de orientare şi fixare diferite a pieselor;  semifabricate diferite;  planuri de producţie diferite;  desene de execuţie diferite. Toate aceste particularităţi apar simultan la un număr mare de maşini-unelte şi posturi de lucru, fapt ce determină serioase dificultăţi în organizarea producţiei. În urma evoluţiei spectaculoase a nivelului tehnic mondial s-au impus câteva soluţii ajutătoare în acest sens:  aplicarea tehnologiilor de grup;  introducerea maşinilor cu comenzi numerice;  introducerea robotizării;  conducerea prin calculator a producţiei.

10.2. Procese de fabricaţie şi sisteme de fabricaţie Procesul de fabricaţie, definit anterior este strâns legat de sistemul de fabricaţie. Orice proces de fabricaţie se împarte într-un număr limitat de procese parţiale de fabricaţie care necesită aplicarea unor procedee diferite de fabricaţie. Suma procedeelor de fabricaţie necesare pentru realizarea proceselor parţiale de fabricaţie constituie tehnologia fabricaţiei. Procedeele de fabricaţie vor fi definite din punct d evedere tehnologic prin operaţii şi succesiuni de operaţii, caracteristice echipamentelor de lucru şi a materiei prime care suferă transformare. Operaţiile care definesc procedeele de fabricaţie espectiv procesele parţiale de fabricaţie se clasifică în două mari grupe, după rolul lor în cadrul procesului şi după efectele lor asupra materiei prime, astfel: operaţii de prelucrare, operaţii de manipulare. Operaţiile de prelucrare realizează schimbarea formei, dimensiunilor, stării de agregare, consistenţei, proprietăţilor fizico-chimice, proprietăţilor mecanice, etc. Operaţiile de manipulare realizează schimbarea situării obiectelor, sculelor sau dispozitivelor şi obţinerea unor date despre acestea. După modul de organizare procesele de fabricaţie se clasifică conform schemei din figura 10.1 în: rigide sau flexibile; clasice, mecanizate sau automatizate.

168


Figura 10.1 – Clasificarea proceselor de fabricaţie

Primele procese de fabricaţie au fost considerate flexibile, datorită operatorului uman care realiza operaţiile de manipulare, fiind elementul flexibil al procesului. Prin introducerea unor instalaţii de manipulare în cadrul sistemului s-au înlocuit anumite sarcini de manipulare ale operatorului uman obţinându-se procesele mecanizate dar rigide. Prin introducerea robotizării, operatorul uman a putut fi înlocuit în sarcinile de manipulare obţinându-se procese automatizate flexibile. Unui anumit proces de fabricaţie îi corespunde un sistem de fabricaţie. Un sistem de fabricaţie conţine totalitatea mijloacelor materiale şi de informaţii (soft) care realizează procesul de fabricaţie. Sistemul de fabricaţie se compune din două subsisteme (figura 10.2):

Figura 10.2 – Structura sistemelor de fabricaţie


169

 subsistemul de prelucrare, care cuprinde maşinile-unelte sau de lucru (ML), dispozitive de lucru (DL), scule (S), operatorul uman (OU) şi instalaţii pentru operaţii humanoide de prelucrare – roboţi industriali de prelucrare (RIp);  subsistemul de manipulare, care poate fi operatorul uman (OU), dispozitive de manipulare automată (DMA) – numite şi instalaţii de aducere/evacuare (IA/E) şi/sau robot industrial de manipulare (RIm). Dacă din subsistemul de prelucrare lipseşte RIp şi din subsistemul de manipulare DMA şi RIm sistemul de fabricaţie se numeşte clasic. Dacă în cadrul subsistemului de manipulare sunt prezente şi DMA atunci sistemul de fabricaţie se numeşte mecanizat. Dacă OU lipseşte în ambele subsisteme, fiind prezente toate celelalte componente atunci sistemul de fabricaţie se numeşte automat. Sistem de fabricaţie flexibil prezintă o flexibilitate mărită, având semnificaţia de maleabil, nestabil, suplu, variabil, capabil de modificări cu eforturi minime. În domeniul producţiei industriale termenul de flexibilitate se utilizează în legătură cu aotumatizarea fabricaţiei desemnând trăsătura unui sistem automat de fabricaţie bazat pe maşini şi instalaţii „transformabile” atât pentru procesele de prelucrare cât şi pentru procesele de manipulare. Termenul de flexibilitate se utilizează şi referitor la capacitatea unui sistem de a trece uşor de la fabricaţia unui produs la altul de un alt tip, caracteristică definită ca elasticitate tehnologică. Referitor la producţie termenul elasticitate desemnează caracteristicile unei întreprinderi de adaptare, regrupare, mobilitate şi comportă două componente: elasticitatea structurilor tehnice şi elasticitatea comercială. În acest context flexibilitatea reprezintă elasticitatea propriu zisă a structurilor tehnice, respectiv de fabricaţie privind capacitatea de modificare a sistemelor tehnice şi a condiţiilor organizatorice ale unui proces de fabricaţie în vederea adaptării sale la noi sarcini de fabricaţie, în mod automat. În timp ce sistemele automatizate rigide sunt de la început concepute pentru realizarea unei singure sarcini de fabricaţie, sistemele automatizate flexibile sunt concepute încât să permită tranformarea în vederea realizării mai multor sarcini diferite de fabricaţie. Pentru desfăşurarea unui proces de fabricaţie, sistemul de fabricaţie se organizează pe baza unui sistem logistic.

Figura 10.3. Structura sistemului logistic

170


Definiţie. Instalaţiile logistice se definesc ca fiind totalitatea mijloacelor care, în cadrul unui sistem de producţie, la momentul oportun, asigură fiecare loc de muncă cu tot ceea ce este necesar pentru desfăşurarea activităţii de producţie. Instalaţiile logistice sunt parte componentă ale sistemului logistic (figura 10.3). Sistemul logistic este format din subsistem logistic extern şi subsistem logistic intern. Subsistemul logistic intern la rândul său este format din subsistem logistic lung şi subsistem logistic scurt. Acest subsistem este realizat de către DMA (conform figurii 10.4). Subsistemul logistic exterior realizează legătura unităţii producătoare cu altele similare (depozite de aprovizionare, autogări, porturi, gări, producători de materiale, beneficiari). Subsistemul logistic interior asigură deplasarea materiei, informaţiei şi finanţelor în interiorul unităţii producătoare, între depozite şi mijloace de fabricaţie, între diferite sisteme de fabricaţie. Fluxul de materiale în cadrul unui sistem de fabricaţie compus din mai multe module de fabricaţie (modul i) are structura prezentată în figura 10.4.

Figura 10.4 – Fluxul de materiale în cadrul unui sistem de fabricaţie

Depozitul de materiale i deserveşte un sistem de fabricaţie i, acesta la rândul lui fiind compus din n module de fabricaţie (modul n). DMA (IA/E) rezolvă problema fluxului de materiale în interiorul sistemului de fabricaţie, realizând transferul „scurt” al acestora. DMA (IA/E) manipulează obiecte, care pot fi: materiale de lucru, palete, dispozitive, scule, deşeuri etc.


171

CAPITOLUL 11 FUNCŢIILE ŞI STRUCTURA DISPOZITEVELOR DE MANIPULARE AUTOMATĂ (DMA) 11.1. Introducere Subsistemul de manipulare are funcţia de a genera anumite mişcări ale obiectelor manipulate în conformitate cu o anumită logică secvenţială şi cu cerinţele de manipulare care urmează a fi realizate conform programului stabilit. Dispozitivele de manipulare automată ca parte componentă din subsistemul de manipulare îndeplinesc funcţii specifice denumite şi funcţii aducătoare/evacuare, motiv pentru care ele se mai numesc şi instalaţii de aducere/evacuare. Aceste instalaţii conţin o serie de dispozitive sau elemente, având diferite funcţii. Dispozitivul este un sistem mecanic destinat efectuării unei anumite operaţii sau a unei secvenţe componente a unei operaţii. Elementul este o parte componentă simplă a unui dispozitiv sau a unei instalaţii concepută în vederea executării unei anumite operaţii sau a unei secvenţe componente a unei operaţii. Elementul poate conţine un număr redus de piese mobile sau să fie constituit de suprafeţe de o anumită geometrie aparţinând unor piese fixe. Altfel spus dispozitivul conţine şi un mecanism, pe când elementul nu conţine mecanism. Funcţiile DMA (IA/E) se definesc astfel: Depozitarea este funcţia aducătore care realizează păstrarea unui număr mai mare de obiecte de manipulat (obiecte de lucru), în vederea utilizării lor ulterioare, într-un spaţiu afectat acestui scop. Depozitarea se poate realiza în stare dezordonată (în vrac) sau în stare ordonată. În acest ultim caz ea se numeşte acumulare sau înmagazinare. Funcţia de depozitare poate fi concepută şi ca un transfer al obiectului în timp. Spaţiul afectat depozitării se numeşte magazin sau depozit. Captarea (colectarea) este funcţia aducătoare în decursul căreia obiectul manipulat este extras din spaţiul în care este depozitat în vederea manipulării ulterioare. Transferul este funcţia aducătoare care realizează deplasarea în spaţiu a obiectului manipulat. Caracterizarea mişcării în timpul transferului din punct de vedere geometric se face printr-un punct caracteristic aparţinând obiectului manipulat şi două drepte ortogonale concurente în acest punct numite dreaptă caracteristică şi dreaptă auxiliară. Transferul se referă atât la modificarea poziţiei punctului caracteristic cât şi al orientării dreptei caracteristice şi a celei auxiliare (modificarea situării obiectului). Ordonarea este funcţia aducătoare care realizează dispunerea obiectelor manipulate într-o formaţie, în poziţii relative bine determinate. Separarea este funcţia aducătoare în cadrul căreia unul sau mai multe obiecte manipulate se izolează din formaţie, în vederea manipulării ulterioare.


172

Ramificarea (distribuirea) este funcţia aducătoare prin care obiectele manipulate separate se distribuie pe mai multe trasee de transfer. Reunirea (confluenţa) este funcţia aducătoare opusă ramificării: fluxurile obiectelor de manipulat transferate pe mai multe trasee se unifică într-un singur traseu. Numărarea este funcţia aducătoare în decursul căreia se determină numărul de obiecte care fac parte dintr-o anumită formaţie sau numărul de obiecte care se transportă printr-un punct al traseului într-un interval de timp dat. Dozarea este funcţia aducătoare în cadrul căreia o anumită cantitate de obiecte manipulate se separă, apoi se numără sau se cântăresc, transportându-se mai departe un număr determinat sau o cantitate determinată de obiecte manipulate. Măsurarea-controlul este funcţia aducătoare în decursul căreia se controlează, se măsoară, unele dimensiuni sau forme geometrice ale obiectelor de manipulat. Controlul poate fi de existenţă (prezenţă), dimensional sau de poziţie. Sortarea este funcţia aducătoare care constă din separarea, distribuirea obiectelor manipulate pe mai multe trasee de transport, în funcţie de rezultatele controlului. Livrarea este funcţia aducătoare în cadrul căreia un dispozitiv din cadrul IA/E transferă obiectul manipulat altui dispozitiv, instalaţii, maşini sau utilaj. Evacuarea este funcţia aducătoare prin care un dispozitiv din cadrul IA/E eliberează un obiect de pe un dispozitiv al unui post de lucru şi îl transferă în afara spaţiului de lucru al postului. Situarea (poziţionare-orientare) este funcţia aducătoare prin intermediul căreia se stabileşte poziţia obiectului manipulat şi orientarea lui în raport cu un dispozitiv, instalaţie maşină sau utilaj. Scopul funcţiei de situare este de a face ca punctul caracteristic, dreapta caracteristică şi dreapta auxiliară să se suprapună cu entităţi geometrice similare de pe un element al dispozitivului de poziţionare al instalaţiei, maşinii sau utilajului. Fixarea este funcţia aducătoare prin care obiectul manipulat se imobilizează în raport cu elementul faţă de care a fost situat. Defixarea este funcţia inversă fixării. Funcţiile de situare, fixare, defixare sunt realizate de către dispozitivele de orientare şi fixare (conform Partea a I-a). Funcţiile aducătoare se simbolizează pentru descrierea funcţională a structurii sistemelor de fabricaţie din care acestea fac parte, conform tabelului 11.1. Tabelul 11.1 – Simbolizarea funcţiilor aducătoare Nr. crt.

Funcţia aducătoare

Simbol de bază

Simbol de completare

Semnificaţia simbolurilor de completare În stare dezordonată

1.

Depozitare

–

Stivuire

Acumulare


Nr. crt.


Simbol de bază

173 Semnificaţia simbolurilor de completare


Înmagazinare

2.

Captare

Colectare

Ordonare

Modificarea orientării

3.

4. Separare

–

–

5. Ramificare

Distribuire

Confluenţă

Reunire

6.

7. Control existenţă

–

–

8. Control dimensional

Control activ

9. Control poziţie

–

–

Mişcare liniară continuă

Mişcare intermitentă

10.

Transfer

Mişcare alternativă

Mişcare circulară continuă Mişcare circulară intermitentă


174

Nr. crt.


Simbol de bază

Semnificaţia simbolurilor de completare


Mişcare circulară unghiulară

Mişcare liniară rapidă

Mişcare vibratorie 11. Numărare-dozare

–

–

Livrare

–

–

Evacuare

–

–

12.

13.

Semicentrare

14.

Poziţionare

Centrare

Centrare completă

Fixare prin formă 15.

Fixare

– Fixare prin strângere

– 16.

Defixare –

17.

–

Prelucrare

Destrângere

–

–


175

În figura 11.1 se prezintă structura DMA (IA/E) în sensul indicării dispozitivelor sau elementelor care le compun şi a funcţiilor specifice

Figura 11.1 – Componentele IA/ E

11.2. Depozite 11.2.1. Structuri de depozite Depozitele sunt dispozitivele care realizează funcţia de depozitare, acumulând obiectele de lucru, transportul lor în timp şi eliberându-le la momentul dorit, comandat (pot avea şi alte funcţii aducătoare, care pot să mai cuprindă captare, transfer, dozare etc., deci funcţii multiple).

Figura 11.2 – Clasificarea depozitelor


176

O clasificare a depozitelor este prezentată în figura 11.2. În figurile următoare se prezintă câteva tipuri reprezentative de sisteme de depozite.

Figura 11.3 – Depozit cu rafturi în coordonate carteziene

Structurile de depozite pot fi fixe, sub forma unor rafturi, în coordonate carteziene (figura 11.3), sau în coordonate cilindrice, sub forma unor rafturi speciale (figura 11.4) utilizate pentru semifabricate laminate lungi. Structurile de depozitare pot fi şi mobile. În figura 11.5 se prezintă o structură de depozitare sub forma unui raft rotitor prevăzut cu un ax central care primeşte o mişcare de rotaţie realizată manual sau mecanizat. În figura 11.6 se prezintă o structură de depozitare cu raft în mişcare de translaţie montat pe un şasiu cu roţi care se deplasează ghidat pe o cale de rulare, fiind antrenat printr-o transmisie cu lanţ articulat care mişcă într-un canal aflat sub calea de rulare. În figura 11.7 se prezintă o structură de depozitare cu palete care se recirculă de la un nivel la altul prin intermediul unei benzi transportoare prevăzută cu locaşuri de depozitare.

Figura 11.4 – Depozit tip raft special pentru laminate

Figura 11.5 – Depozit tip raft rotitor


Figura 11.6 – Depozit cu raft mobil şi lanţ

177

Figura 11.7 – Depozit cu transportor vertical cu palete

Depozitul din figura 11.8 este prevăzut cu rafturi mobile care se recirculă, putând ajunge pe traseul lor pe mai multe nivele. Cu ajutorul unor ascensoare de ridicare, respectiv de coborâre. Depozitul din figura 11.9 organizat într-un sistem cartezian este deservit de un robot. În figura 11.10 se prezintă o structură de depozitare mobilă cu străbaterea rafturilor. Fiecare raft este prevăzut cu o cale de rulare cu role pe care se deplasează paletele cu obiecte dinspre intrare spre ieşire. Ca mijloace de servire a structurilor de depozitare se utilizează instalaţii de tip electrocare, electrostivuitoare, macarale, roboţi.

Figura 11.8 – Depozit cu rafturi mobile recirculabile


178

Figura 11.9 – Depozit cu structură carteziană robotizat

Figura 11.10 – Depozit cu străbaterea rafturilor

11.2.2. Buncăre Buncărele sunt dispozitive care realizează depozitarea obiectelor într-o anumită stare dezordonată (obiectele au o anumită stare de orientare). Buncărele sunt recipiente de forme diferite: paralelipipedică, cilindrică, troconică, etc. Caracteristica principală a unui buncăr este dată de numărul de obiecte care se pot depozita în el.

N q

Vb Vo

unde: Vb – volumul buncărului; Vo – volumul unui obiect depozitat;

(11.1)


179

q – coeficient de umplere, ce depinde de forma obiectelor depozitate; uzual q  0,4 1 ; q =1 pentru materiale fluide. Constructiv, buncărele pot fi de tip staţionar sau în mişcare de rotaţie, oscilantă sau vibratorie. Golirea buncărului se face prin răsturnare sau automat (pe cale gravitaţională, prin mişcări sub acţiunea forţelor de inerţie sau cu elemente/dispozitive de captare). În figura 11.11 sunt prezentate câteva tipuri de buncăre. În figura 11.11.a. este prezentat un buncăr fix (staţionar), tip pâlnie. În cazul acestui tip de buncăr, golirea se face gravitaţional. Paravanul P separă din volumul buncărului propriu-zis o cavitate din care obiectele manipulate (obiectele de lucru - OL) urmează să fie evacuate atunci când cursorul c este deschis. Buncărul din figura 11.11.b. este de tip oscilant. Golirea realizându-se când buncărul este înclinat spre stânga prin intermediul mecanismului oscilant MO. În figura 11.11.c. este prezentat un buncăr vibrator, acesta executând o mişcare de vibraţie torsională în jurul axei verticale. Obiectele de manipulat urcă pe un jgheab în spirală în interiorul buncărului, până în zona de evacuare, ca urmare a forţelor de inerţie care acţionează asupra lor. Se poate spune că acest tip de buncăr realizează şi funcţia de transport. O altă variantă de buncăr este cea prezentată în figura 11.11.d.: buncăr rotativ. În exemplul dat se roteşte buncărul propriu-zis, paleta P rămânând fixă şi determinând evacuarea obiectelor de manipulat prin orificiile practicate în placa de bază a buncărului.

Figura 11.11 – Tipuri constructive de buncăre

Buncărul din figura 11.12 are o formă elicoidală pe care se depozitează obiectele, deplasarea lor realizându-se gravitaţional. În figura 11.13 se prezintă un buncăr cu coloane, pe care sunt depozitate obiecte prevăzute cu alezaje. Extragerea lor realizându-se fie manual, fie robotizat.

180


Figura 11.12 – Depozit cu buncăr elicoidal

În figura 11.13 se prezintă un buncăr elicoidal de tip vibrator.

Figura 11.13 – Buncăr vibrator


181

Figura 11.14 – Depozit cu buncăr rotativ cu coloane

11.2.3. Acumulatoare (stivuitoare) Acumulatoarele sunt dispozitive în cadrul cărora obiectele de manipulat sunt depozitate ordonate după o anumită direcţie. În unele cazuri acumulatoarele, pe lângă funcţia de depozitare, realizează şi funcţia de transfer. Se prezintă în continuare câteva tipuri de acumulatoare. În figura 11.15.a se prezintă un acumulatorul tip puţ care este de fapt un tub de înălţime H care poate fi plin, sau nu, cu obiectele de manipulat. Numărul de obiecte depozitate se calculează cu relaţia: N

H h

(11.2)

unde: H – înălţimea acumulatorului; h – înălţimea unui obiect. În figura 11.15.b se prezintă un acumulator de tip dorn (coloană) destinat depozitării obiectelor din categoria bucşelor.

182


Figura 11.15 – Tipuri de acumulatoare

Figura 11.16 – Acumulatoare de tip jgheab

O categorie de acumulatoare foarte utilizată, este cea a acumulatoarelor tip jgheab (figura 11.16). În general aceste tipuri de acumulatoare sunt dispuse pe verticală pentru economisirea spaţiului. După evacuarea unuia sau mai multor obiecte, celelalte se deplasează în mişcare de alunecare sau de rostogolire pe o lungime de jgheab, care depinde de numărul şi dimensiunile obiectelor evacuate. Mişcarea se realizează sub acţiunea forţelor gravitaţionale. Secţiunea jgheabului depinde de forma obiectului manipulat (figura 11.16). Pentru a evita apariţia unor forţe de apăsare mari la orificiul de evacuare, formaţiunea de obiecte din jgheab se fracţionează (figura 11.17) prin adoptarea unor soluţii constructive adecvate. Aceste soluţii constructive diminuează şi dezavantajul necesităţii unor acumulatoare de tip puţ sau coloană cu gabarit mare pe verticală.


183

Figura 11.17 – Fracţionarea formaţiei de obiecte din acumulator

Acumulatorul din figura 11.18 de tip cablu este un fir care poate fi antrenat, sub o formă sau alta, depozitând piese din categoria inelelor (segmenţilor) sau a obiectelor de tip potcoavă. Dacă cablul se găseşte înclinat la unghiul , obiectele se pot deplasa gravitaţional prin alunecare în lungul firului.

Figura 11.18 – Acumulator cu fir

În figura 11.19 este prezentat un acumulator cu bandă care constă dintr-o bandă continuă înfăşurată pe şaibele S1 şi S2 , din care una este antrenată iar a doua este liberă. Ultimul obiect din formaţie cade la un moment dat peste şaiba S 2 .

Figura 11.19 – Acumulator cu bandă

184


Unele tipuri de acumulatoare conţin mecanisme de antrenare a obiectelor în mişcare de translaţie orizontală sau verticală. În figura 11.20.a. sub acţiune greutăţii G, cursorul C se deplasează pe orizontală, antrenând formaţia de obiecte acumulate. Obiectul aflat la extremitatea formaţiei va cădea fiind preluat de către un dispozitiv de captare. În unele situaţii greutatea G poate fi înlocuită cu un motor de acţionare în mişcare rectilinie alternativă. Varianta din figura 11.20.b. se caracterizează prin faptul că obiectele sunt depozitate într-o formaţie verticală, fiecare formând un unghi constant cu verticala. Cursorul C se deplasează într-o mişcare rectilinie pe direcţie verticală prin intermediul greutăţii G (sau a unui motor) antrenând şi obiectele acumulate. Obiectul aflat în poziţia superioară va părăsi formaţia alunecând apoi pe un plan înclinat sau fiind captat cu ajutorul unui element de captare. Aceste acumulatoare au trei funcţii: depozitare, transport şi captare.

Figura 11.20 – Acumulatoare cu cursor: a) orizontal; b) vertical

În figura 11.21 se prezintă diferite tipuri de dispozitive sau elemente de încetinire a deplasării obiectelor în jgheaburile de acumulare.

Figura 11.21 – Dispozitive de încetinire în jgheaburi: a) cu clapă superioară; b) cu clapă inferioară; c) cu amortizor hidraulic


185

11.2.4. Magazine Magazinele sunt dispozitive de aducere-evacuare ce realizează depozitarea obiectelor ordonate în care obiectele manipulate sunt dispuse în locaşuri destinate acestui scop, definindu-se în mod univoc poziţia şi orientarea acestora. În unele situaţii magazinele realizează şi funcţia de transport.

a)

b) Figura 11.22 – Magazin cu bandă

În figura 11.22 sunt prezentate două tipuri de magazine derivate dintr-un acumulator cu bandă. Pe banda care se află într-o continuă mişcare s-au montat locaşuri pentru depozitare (dispozitive de situare), fig. 11.22.a, sau o serie de racleţi fig. 11.22.b. Aceste dispozitive îndeplinesc simultan funcţia de depozitare cât şi de transfer. În figura 11.23 se prezintă un magazin liniar cu trei elevatoare verticale închise cu palete. Obiectele ajungând la magazin prin jgheabul 1 sunt preluate de paletele 2 ale primului elevator. Printr-o fereastră prevăzută în scutul separator 3 obiectele cad pe paletele celui de-al doilea elevator, iar apoi pe paletele celui de-al treilea şi ies din magazin prin jgheabul 4. În momentul în care postul care urmează după magazin se opreşte, livrarea obiectelor pe jgheabul 4 se întrerupe în mod automat şi, datorită venirii obiectelor pe jgheabul 1 are loc acumularea obiectelor în magazin pînă la umplerea completă a tuturor paletelor celor trei elevatoare. În cazul în care se opreşte postul precedent (din amonte) magazinului, postul următor (din aval) este alimentat pe seama rezervei de obiecte din magazin.

Figura 11.23 – Magazin liniar de tip tranzit

186


În figura 11.24 se prezintă un magazin cu alimentator mobil utilizat pentru alimentarea maşinilor-unelte. Magazinul 1 se poate deplasa în lungul ghidajelor înclinate ale consolei 2, fixată lateral pe consola maşinii unelte. Magazinul este deplasat de către motorul pneumatic 3 printr-un angrenaj dublu cu cremalieră 4, astfel încât în poziţia limită din dreapta a magazinului, centrul O al obiectului aflat la postul iniţial coincide cu axa arborelui principal al maşinii. Ansamblul alimentatorului 5 împreună cu motorul de acţionare 6, este montat pe o platformă a consolei 7, fixată lateral faţă de corpul magazinului.

Figura 11.24 – Magazin cu alimentator mobil pneumatic

Pentru depozitarea unor obiecte din categoria barelor se utilizează magazine rotative de tipul celui din figura 11.25. Cele două şaibe S1 şi S2 execută o mişcare de rotaţie, iar în locaşurile practicate pe circumferinţa lor sunt depozitate obiectele de tip bară. Un astfel de magazin are pe lângă funcţia de depozitare şi funcţia de transport circular.

Figura 11.25 – Magazin pentru obiecte tip bară


187

În figura 11.26 se prezintă un magazin pentru obiecte din categoria barelor de tip gravitaţional cu blende oscilante. Obiectele se deplasează dintr-o poziţie în alta sub acţiunea greutăţii proprii, deci dispozitivul îndeplineşte funcţia de depozitare şi transport. Obiectele sunt menţinute în magazin de către cursorul 4 astfel încât fiecare obiect acţionează asupra unei blende şi fiecare blendă devine opritor pentru obiectul din amonte. La acţionarea cursorului 4 primul obiect se deplasează sub acţiunea greutăţii proprii (gravitaţional) eliberând prima blendă, care se va roti sub acţiunea contragreutăţii sale permiţând deplasarea următorului obiect până la cursorul 4, care a revenit în poziţia sa iniţială. Acest lucru determină rotirea blendei sub acţiunea greutăţii obiectului şi a forţelor care apar astfel încât obiectul următor este oprit. Acest fenomen se petrece la fiecare blendă astfel încât obiectele se deplasează cu un pas de la blendă la blendă.

Figura 11.26 – Magazin gravitaţional cu pârghii (blende oscilante)

11.2.5. Palete Paleta este un depozit de tip staţionar, compusă dintr-o matrice de locaşuri în două dimensiuni în formă de placă utilizat pentru depozitarea ordonată a obiectelor manipulate, sau a dispozitivelor de orientare şi fixare a obiectelor (figura 11.27, a-b). Paleta poate fi transportată ca un sistem întreg prin dispozitive sau instalaţii de transport adecvate, realizându-se şi transportul obiectelor depozitate. În transferul „lung” paleta se utilizează pentru depozitarea şi transportul unor obiecte primare sau finite. Poziţia obiectelor faţă de paletă nu este precizată exact; se manipulează paleta care are dimensiuni standardizate.


188

În transferul „scurt” (în interiorul sistemelor de fabricaţie) se utilizează un alt tip de palete. Acestea sunt, de forma unor plăci pe care se găsesc diferite elemente de situare a obiectelor sau dispozitivelor de orientare-fixare (O.F.), de exemplu locaşuri (figura 11.27.b şi figura 11.28.a). Paleta poate fi asimilată cu o matrice ale cărei elemente sunt elementele de situare, existând astfel posibilitatea determinării poziţiei exacte a fiecărui obiect manipulat. Obiectele sunt transportate simultan la maşina de lucru.

b) a)

Figura 11.27 – Palete; a) pentru transport lung; b) pentru transport scurt

Robotul industrial sau manipulatorul va încărca fiecare obiect, sau dispozitiv de O.F. pe maşina de lucru (figura 11.28.b.), după prelucrare depunându-l pe paletă în locaşul din care a fost preluat, sau în locaşul altei palete.

Figura 11.28 – Paletă utilizată în transferul “scurt”


189

Paletele de lucru conţin dispozitivele de lucru (DOF) în care sunt fixate obiectele de prelucrat. Obiectul de prelucrat se introduce în maşina de lucru împreună cu paleta, iar piesa finită se evacuează din maşină odată cu paleta.

Figura 11.29 – Palete: a) circulare; b) sector circular

Paletele pot fi de tip dreptunghiular, circular (fig. 11.29.a) sau sectoare circulare (figura 11.29.b). Dacă matricea paletei conţine m linii şi n coloane, numărul obiectelor care pot fi depozitate este: N  n  m . 11.2.6. Containere Containerul este un depozit staţionar în trei dimensiuni, compus deci dintr-o matrice spaţială de locaşuri, dispuse într-un volum. Containerul poate fi considerat un ansamblu de palete suspendate. În logistica externă volumul containerului se umple cu obiecte (pachete) de aceleaşi dimensiuni sau de dimensiuni diferite (figura 11.30), reducându-se astfel numărul de manipulări şi crescând siguranţa obiectelor manipulate.

Figura 11.30 – Container pentru transfer ‘lung”

Figura 11.31 – Container pentru transfer “scurt”

În cazul transferului „scurt” , în interiorul sistemului de fabricaţie, containerul poate fi un buncăr deplasabil. Dacă se pune problema ca obiectele manipulate să fie ordonate în container atunci, în interiorul acestuia, se depozitează palete cu elemente de poziţionare, iar fiecare paletă va depozita un anumit număr de obiecte (figura 11.31). După prelucrarea obiectelor de pe o paletă se scoate paleta şi se prelucrează obiectele de pe paleta următoare. Dacă obiectele manipulate au forme geometrice simple depozitarea lor ordonată în interiorul containerului se poate face recurgând la soluţii simple ca şi cea prezentată în figura 11.32, unde un obiect cilindric din stratul superior este situat în golul dintre două obiecte din stratul inferior. Numărul de obiecte care se pot depozita în container având m linii, n coloane şi p planuri este: N  n  m  p .

190


Figura 11.32 – Container pentru obiecte cilindrice

11.3. Dispozitive şi elemente de captare-extragere Dispozitivele (elementele) de captare (extragere) au funcţia aducătoare al cărui conţinut este extragerea obiectelor manipulate din depozit şi de a le pune la dispoziţie în vederea unei manipulări ulterioare. Aceste dispozitive îndeplinesc în mod frecvent funcţii multiple cum ar fi: depozitare, transfer, dozare, separare, ordonare. După principiul de funcţionare dispozitivele de captare (extragere) se pot grupa astfel: cu împingător; cu colector; cu sertar; cu vibraţii; cu manipulator. În figura 11.33 este prezentat un dispozitiv de captare cu împingător în mişcare de translaţie alternativă, antrenând la fiecare cursă un obiect care este depozitat în acumulatorul A. Mecanismul care pune în mişcare împingătorul trebuie să asigure poziţionarea acestuia astfel încât în prima fază să poată prelua un obiect din acumulator, iar în faza a doua să-l evacueze prin jgheabul J. Dispozitivul realizează trei funcţii: captare, transfer şi dozare (intervalul de timp dintre două captări succesive poate fi prestabilit).

Figura 11.33 – Dispozitiv de captare cu mişcare de translaţie

În figura 11.34 se prezintă modul de captare (extragere) a pieselor cilindrice dintr-un buncăr 1 prin mişcare de translaţie a cursorului 3. în poziţia de evacuare obiectele cad sub acţiunea greutăţii proprii pe elementul de orientare al postului următor (11.34.b).


191

a)

b)

Figura 11.34 – Sistem de captare piese cilindrice: a) poziţia iniţială; b) extragere

În figura 11.35 se prezintă un sistem de captare-evacuare cu împingător. Obiectele din jgheabul (buncăr) din amonte sunt oprite de către arcul lamelar 3. Din această poziţie ele sunt împinse (captate) de către împingătorul 1 (acţionat mecanic) în jgheabul din aval. Restul obiectelor sunt oprite împotriva deplasării de către arcul lamelar 2 fixat de împingătorul 1 (figura 11.35.b).

a)

b)

Figura 11.35 – Sisteme de captare cu împingător: a) starea iniţială; b) captare-evacuare

În figura 11.36 se prezintă câteba sisteme de acţionare în mişcare de translaţie alternativă a cursorului de captare-extragere: a) cu pârghie oscilantă, b) cu

192


pârghie şi revenire cu arc, c) sector dinţat – pinion-cremalieră şi d) pinion-cremalieră dublă.

Figura 11.36 – Sisteme de acţionare în mişcare de translaţie

În figura 11.37 se prezintă un dispozitiv de captare cu sertar pentru obiecte cilindrice, sau sferice. Obiectele sunt depozitate într-un buncăr şi sunt ordonate cu ajutorul a două pârghii oscilante astfel încât ele ajung în faţa sertarului într-o poziţie bine determinată de unde sunt captate de către sertar şi transferate la punctul de evacuare.

Figura 11.37 – Dispozitiv de captare cu sertar – variantă


193

În figura 11.38 se prezintă un dispozitiv de captare în vrac cu sertar în mişcare de translaţie. Obiectele sunt depozitate în vrac în buncărul 5 şi sunt captate de sertarul 6 prevăzut la partea superioară cu o suprafaţă înclinată şi profil corespunzător obiectelor în mişcarea sa de translaţie verticală sub acţiunea motorului liniar 4. În momentul ajungerii în poziţia jgheabului 1 obiectele alunecă pe planul înclinat fiind evacuate.

Figura 11.38 – Dispozitiv de captare cu sertar, din vrac

În figura 11.39 se prezintă un dispozitiv de captare-evacuare cu împingător vertical. Obiectele din jgheabul din amonte sunt captate de împingătorul 2 acţionat în mişcare de translaţie de către motorul 3 şi deplasate pe verticală în sus.


194

La cursa de revenire obiectele sunt reţinute în poziţia lor de către clicheţii basculanţi 4. fiecare obiect este deplasat în continuare de către obiectul din amonte până la atingerea arcului lamelar 1 când sunt evacuate în jegheabul din aval 6 (fig. 11.39.b).

a)

b)

Figura 11.39 – Dispozitiv de captare cu împingător vertical

În figura 11.40 se prezintă un dispozitiv de captare-evacuare cu împingător acţionat pneumatic. Obiectele se găsesc depozitate în magazinul vertical 5 de unde sunt împinse (evacuate) de către tija motorului pneumatic 3 până în poziţia dispozitivului de prindere 6. În această poziţie obiectele sunt fixate de către prisma 8 acţionată de motorul pneumatic cu membrană 7.


195

Figura 11.40 – Dispozitiv de captare-evacuare cu împingător pneumatic

În figura 11.41 este prezentat un dispozitiv de captare-extragere cu sertar-disc care execută o mişcare de rotaţie în jurul unei axe verticale. Dacă în disc se practică locaşuri care permit captarea obiectelor într-o anumită poziţie, dispozitivul respectiv realizează şi ordonarea obiectelor, acestea fiind transmise mai departe într-o poziţie bine determinată (figura 11.41.b.).

Figura 11.41 – Dispozitive de captare cu mişcare de rotaţie

În figura 11.42 se prezintă două sisteme de dispozitive de captare cu colector rotativ. Colectorul este prevăzut cu o serie de locaşuri radiale şi primind o mişcare de rotaţie captează obiectele din jgheabul din amonte sau de pe un sistem de transport din amonte sau dintr-un buncăr pe care le evacuează la postul următor.

196


Figura 11.42 – Dispozitive de captare cu colector rotativ

În figura 11.43 se prezintă un dispozitiv de captare combinat. Obiectele din buncăr sau dintr-un jgheab sunt captate de către curosul 8 acţionat de către motorul pneumatic 1 şi deplasate sub acţiunea arcului 3 în locaşurile practicate în discul rotativ 9. Acesta primind o mişcare de rotaţie trasferă obiectele până în poziţia jgheabului 6, unde sunt evacuate de către cama 5. Obiectele sunt menţinute în locaşurile discului 9 de către o placă de reţinere 4.

Figura 11.43 – Dispozitiv de captare combinat: translaţie şi rotaţie


197

În figura 11.44 se prezintă un sistem de captare a obiectelor cu clicheţi basculanţi acţionaţi în mişcare oscilatorie. În timpul mişcării ciocul unui clichet eliberează primul obiect iar al doilea cioc al unui clichet realizează oprirea obiectului următor.

Figura 11.44 – Sistem de captare-evacuare cu clicheţi basculanţi

În figura 11.45 se prezintă un sistenm de captare-evacuare cu pârghie oscilantă acţionată pneumatic cu ajutorul motorului liniar 5. Pârghia 4 prevăzută cu un cioc cu plan înclinat antrenează câte un obiect din jgheabul 2 oprite de opritorul 3 până la arcul lamelar 1 de unde sunt evacuate în continuare pe jgheabul înclinat. Frecvenţa de captare este determinată de frecvenţa motorului 5.

Figura 11.45 – Sistem de captare cu pârghie oscilantă


198

În figura 11.46 se prezintă un sistem de captare a obiectelor din jgheabul de înmagazinare utilizând un sector oscilant acţionat prin intermediul unei came. Obiectele sunt preluate de către sectorul oscilant 5 şi transferate la postul următor iar restul obiectelor sunt reţinute în jgheabul 6de către sectorul oscilant.

Figura 11.46 – Sistem de captare cu sector oscilant

În figura 11.47 se prezintă un sistem de captare-evacuare a obiectelor utilizând un manipulator. Obiectul din jgheabul 3 este captat de către dispozitivul de prindere 2 al manipulatorului în mişcarea de translaţie a acestuia în acelaşi timp cu prinderea obiectului din dispozitivul de lucru, pe care le extrage şi evacuat, respectiv introdus în dispozitivul de lucru. Din figură rezultă modul de realizare a secvenţelor de lucru.

a)

b)


199

c)

d)

e)

f)

Figura 11.47 – Sistem de captare cu manipulator

În figura 11.48 se prezintă un sistem de captare cu tije în mişcare de translaţie rectilinie alternativă. Obiectele depozitate într-un buncăr sunt captate prin intermediul unei tije având la partea superioară o formă conjugată suprafeţei de captare în mişcarea sa alternativă sub acţiunea unui motor liniar sau a unei came şi introduse într-un jgheab aflat în aval. Reţinerea obiectelor captate şi evacuate se realizează prin intermediul unor bacuri elastice 4. buncărul este prevăzut la partea inferioară cu suprafaţă înclinată, astfel încât obiectele să se deplaseze spre centrul buncărului pentru a putea fi captate. Se utilizează pentru obiecte sau semifabricate de tip pahar inele sau bile. În figura 11.49 se prezintă un dispozitiv de captare cu colector şi cârlige în mişcare de rotaţie. Obiectele de tip pahar sau inele cu lungime mai mare decât diametrul, depozitate într-un buncăr sunt captate de către cârligele fixate pe un rotor în mişcarea lor de rotaţie şi aduse în faţa unui jgheab unde sub acţiunea greutăţii proprii se desprind de cârlige.

200


Figura 11.48 – Dispozitiv de captare cu cu tijă în mişcare de translaţie

Figura 11.49 – Dispozitiv de captare cu colector cu cârlige


201

Dispozitivele prezentate în figurile 11.48 şi 11.49 realizează funcţii multiple printre care depozitare, captare şi transfer.

11.4. Dispozitive de transfer Dispozitivele de transfer realizează funcţia de transfer care constă în deplasarea în spaţiu a obiectului manipulat, modificându-i-se şi situarea. Există două categorii de transfer ( figura 11.50):  Transfer „lung” – prin care realizează transferul obiectelor manipulate de la depozitul central la sistemul de fabricaţie şi între sisteme de fabricaţie, cu dispozitive de transfer „lung”;  Transfer „scurt” (local, de poziţie) – prin care obiectele manipulate sunt transferate în interiorul sistemului de fabricaţie (între diversele module de fabricaţie - MF).

Figura 11.50 – Categorii de transfer

Clasificarea dispozitivelor de transfer se poate face ţinând cont de mai multe criterii. (a) Din punct de vedere al energiei utilizate:  gravitaţionale (prin cădere liberă sau ghidată);  cu aport de energie cu mecanism acţionat de o sursă de energie exterioară. (b) Din punct de vedere al geometriei mişcării:  cu mişcare de rotaţie;  cu mişcare de translaţie;  cu mişcare complexă. (c) Din punct de vedere al tipului mişcării:  cu mişcare continuă;  cu mişcare intermitentă, pas cu pas;  cu mişcare prin impulsuri, vibraţii. (d) Din punct de vedere al situării finale:  cu situare exactă;  cu situare aproximativă.


202

11.4.1. Dispozitive de transfer scurt (DTS) gravitaţionale În cazul DTS gravitaţionale ghidate deplasarea obiectelor manipulate se face sub acţiunea greutăţii proprii, mişcarea acestora fiind ghidată prin intermediul unor jgheaburi şi tuburi înclinate, iar în mişcare liberă, deplasarea obiectelor se realizează prin cădere liberă într-un tub dispus vertical – acumulator tip puţ. Se analizează în cele ce urmează deplasarea obiectelor în jgheaburi şi tuburi înclinate. În figura 11.51 este prezentată schema de acţionare a forţelor asupra unui obiect cilindric care se deplasează într-un jgheab înclinat cu unghiul  în raport cu orizontala, direcţia axei sale fiind perpendiculară pe direcţia de deplasare. Obiectul tinde să alunece sau să se rostogolească sub acţiunea greutăţii proprii, sau să alunece şi să se rostogolească.

Figura 11.51 – Cinetostatica deplasării unui obiect într-un jgheab înclinat

Ecuaţiile mişcărilor vor fi:  pentru alunecare: m

dv  G sin   G cos  dt

(11.3)

sau

G  a  G sin   G cos  g

(11.4)

rezultă: dv  a  gsin   cos   dt

(11.5)

 pentru mişcarea de rostogolire avem: J

d  r    G  cos  dt

(11.6)


203

în care:

 r4 l g 2

(11.7)

G      r2  l

(11.8)

J

prin înlocuire rezultă: d 2g   cos  dt r

(11.9)

ţinând cont că există şi relaţia: d 1 dv   dt r dt

(11.10)

se poate scrie: dv  a  2  g  cos  dt

(11.11)

Prin egalarea ecuaţiilor 11.11 şi 11.5 se obţine pentru rulare pură a obiectului: tg  3

(11.12)

Deci pentru rulare pură   1 / 3  tg ; iar pentru rulare cu alunecare a obiectului pe planul înclinat   1 / 3  tg . Dacă   0 mişcarea este de alunecare pură. Unde: r – raza cilindrului, G – greutatea obiectului, J – momentul de inerţie masic în raport cu axa care trece prin S (centrul de greutate al OL), k – coeficientul de rostogolire între obiect şi jgheab,  – coeficientul de frecare de alunecare, g – acceleraţia gravitaţională, a – acceleraţia liniară a obiectului în mişcare de alunecare,  – acceleraţia unghiulară în mişcarea de rostogolire,  - greutatea specifică, l – lungimea obiectului. Sunt posibile următoarele cazuri: 1) a > 0 şi  > 0 - obiectul se rostogoleşte cu alunecare; 2) a < 0 şi  > 0 - obiectul se rostogoleşte fără alunecare; 3) a > 0 şi  < 0 - obiectul alunecă fără rostogolire; 4) a < 0 şi  < 0 - obiectul nu se mişcă. Din punct de vedere energetic şi al uzurii jgheabului este avantajos ca obiectul să se rostogolească fără frecare. Modul de mişcare depinde şi de forma obiectului. Obiectele cu suprafeţe de revoluţie se pretează cel mai bine la transferul gravitaţional. Obiectele cilindrice rulează fără abateri deosebite de la traiectoria rectilinie începând de la un raport lungime-diametru L/D > 0,5. Un obiect în formă de ciupercă (în trepte) se va roti în jurul unei axe perpendiculare pe planul înclinat în punctul O şi se va rostogoli în jurul poziţiei momentane a dreptei OA (figura 11.52.a). Dacă se doreşte deplasarea în linie dreaptă a obiectului suprafaţa de sprijin a jgheabului trebuie să fie în trepte ( figura 11.52.b), sau ghidaje sub formă de şine duble.


204

Dimensionarea jgheabului trebuie făcută astfel încât să se evite blocarea obiectelor pe timpul deplasării.

Fig. 11.52 – Deplasarea unui obiect tip ciupercă în jgheab

În tabelul 11.2 se prezintă un exemplu de calcul a lăţimii jgheabului pentru un semifabricat cilindric în trepte. Tabelul 11.2 Schiţa obiectului

Calcule

Dc  D  a  K  a1   30  0,5  0,5  6  23 2    1   Lc   D   L   c A  c   Dc  Dc  1  2     


205

2   50  1     23   50       23  3,9 2 23 1  0 , 2       A  L  A  B 3,9  0,1  0,5  0,5  1,1 B  L  A  50  3,9  53,9 A – jocul dintre semifabricat şi jgheab; B – lăţimea spaţiului activ al jgheabului drept; Lc, Dc – valorile de calcul ale lungimii şi diametrului obiectului;  - coeficient de frecare; A – jocul minim; B – toleranţa la lăţimea jgheabului; L – toleranţa la lungimea obiectului; Lăţimea jgheabului

B  R  0,5 4R2  L2  D  C B  R  R1 Numărul de semifabricate în porţiunea curbă  L n  1; sin  2 2R  D

Lăţimea jgheabului B  D  D  1,0 1,5 mm B  R  R1 Numărul de semifabricate în porţiunea curbă  D n  1 ; sin  2 2R  D R – raza exterioară a jgheabului; C – jocul dintre obiect şi peretele dinspre interior al jgheabului; R1 – raza interioară a jgheabului; n – numărul de obiecte în porţiunea curbă;  - unghiul curbei jgheabului (în grade); D – toleranţa diametrului obiectului;


206

Tabelul 11.3 Tipul jgheabului

Schiţa

Formule

Jgheab unghiular

 = 450 pentru piese uşoare  = 600 pentru piese grele C  0,2  D Lăţimea unei aripi a jgheabului B  0,7  0,8  D

Jgheab deschis în formă de cutie

H  0,6  0,7  R pentru bile H  0,53  0,6  R pentru cilindri R D/ 2 H  0,6  R pentru inele şi discuri

Jgheab deschis în formă de cutie pentru semifabricate de tipul căpăcelelor

H  0,7  0,8  R R D/ 2

Jgheab deschis în formă de cutie cu margine întoarsă

H  0,8  R H1  2  R   R D/ 2

Jgheab închis în formă de cutie

 L  tg  HR R    2  tg   R D/ 2

Jgheaburi deschise pentru semifabricate cu fusuri

Dd   la transportul 2 pe fusuri Dd H   la transportul 2 pe porţiunea din mijloc

2

2

H

R – raza semifabricatului; H – înălţimea bordurilor;  - coeficientul de frecare;  - jocul În figura 11.53 se prezintă înscrierea unui obiect de formă prismatică sau cilindrică într-un jgheab sau tub curbat. Condiţia depăşirii curburii este ca obiectul să nu atingă pereţii laterali decât maximum în două puncte, adică: BCDh

(11.13)


207

din figură rezultă:

h  R  R2 

L2  R  0,5 R2  L2 4

(11.14)

lăţimea jgheabului este:

B  R  0,5 R2  L2  D  C

(11.15)

Figura 11.53 – Înscrierea unui obiect într-un jgheab curbat

În figura 11.54 se prezintă modul în care obiectul blocat în jgheab este scos din poziţia de blocare de obiectul imediat următor din formaţie. În acest caz un obiect din amonte loveşte obiectul care s-a autofrânat în jgheab cu forţa: F  dJ / dt , care creează un moment mai mare şi de sens opus momentului forţelor de frecare dintre obiect şi jgheab. În cazul în care în jgheab se deplasează formaţii de obiecte în mişcare de rostogolire sau de alunecare, se impune luarea unor măsuri pentru limitarea vitezei de deplasare a obiectelor. Acest lucru poate fi realizat prin intermediul aşa-ziselor blende, care opresc mişcarea formaţiei, permiţând, reluarea separată a mişcării fiecărui obiect în parte.

Figura 11.54 – Deblocarea unui obiect prin ciocnire cu obiectul imediat următor

208


În figura 11.55.a. este prezentată construcţia uni jgheab cu blende fixe. Acestea sunt, de fapt, opritoare montate în dreptul unor praguri prevăzute în jgheab. În figura 11.55.b este prezentată o blendă oscilantă, mobilă. Pe lângă limitarea vitezei de deplasare a obiectelor, blendele duc la diminuarea zgomotului produs de circulaţia formaţiei de obiecte prin jgheab, la corectarea poziţiei obiectelor şi la separarea lor, unul câte unul. Transferul obiectelor sub acţiunea gravitaţiei se mai poate combina şi cu funcţia de livrare a obiectelor formaţiei unul câte unul, prin introducerea unor blende oscilante pe traseul jgheabului.

Figura 11.55 – Utilizarea blendelor la construcţia jgheaburilor

11.4.2. Dispozitive de transfer scurt cu aport de energie În cazul acestor dispozitive, pentru deplasarea obiectelor manipulate se folosesc surse de energie, care antrenează sistemele acţionate. Din această categorie fac parte:  dispozitive (transportoare) cu bandă rulantă;  dispozitive (transportoare) cu role de rostogolire;  dispozitive (transportoare) cu lanţ articulat şi eclise;  dispozitive (transportoare) vibratoare (prin impulsuri);  dispozitive (transportoare) pas cu pas;  dispozitive de transfer cu mişcare de rotaţie;  dispozitive de transfer cu pernă de aer;  cărucioare-robocare.μ Dispozitive (transportoare) cu bandă rulantă Dispozitivele de transfer cu bandă (transportoare cu bandă) realizează transferul unor obiecte de manipulat aşezate pe bandă, sau dispozitive dispozitive de orientare şi fixare (DOF) pe care le antrenează prin intermediul forţei de frecare. Ele pot transfera şi materiale în vrac, şi sunt utilizate pentru transferul scurt sau lung. Dispozitivul este constituit dintr-un element flexibil înfăşurat pe tamburi, dintre care cel puţin unul este antrenat în mişcare de rotaţie. Comportarea obiectelor pe benzile de transport este influenţată de unghiul de înclinare al acestora şi de trecerea de pe o bandă pe alta. Dacă benzile de transport sunt orizontale obiectele nu îşi schimbă de regulă poziţia relativă faţă de bandă. Elementele de ghidare a obiectelor pot influenţa mişcarea acestora pe banda transportoare. În unele situaţii aceste elemente pot fi şi ele acţionate sincron cu banda. În figura 11.56 se prezintă un dispozitiv de transport cu bandă înclinată.


209

Figura 11.56 – DTS cu bandă înclinată

Se analizează în continuare condiţiile de antrenare (de ridicare) a unui obiect de către un transportor a cărui bandă este înclinată cu unghiul  faţă de orizontală. Banda este acţionată de o şaibă motoare. Folosind notaţiile din figura 11.56, ecuaţia de echilibru este:

 G sin  G cos  

G a 0 g

(11.16)

Sistemul funcţionează dacă:

a  g cos   sin

(11.17)

Asupra benzii trebuie dezvoltată o forţă:

F1    G  cos 

(11.18)

Momentul motor necesar va fi:

M 1  F1  R    G  R  cos 

(11.19)

Puterea necesară:

P1    M1    R    G  cos 

(11.20)

unde  este viteza unghiulară a şaibei motoare. Condiţia de trasfer a obiectelor pe bandă fără alunecare relativă a obiectelor faţă de bandă este:

  arctg  arcsin

a g 1  2

(11.21)


210

În figura 11.57 se prezintă unui dispozitiv de transport cu bandă combinată orizontal-înclinat, realizat de firma PRAB, deservită de un robot, iar în figura 11.58 modul de utilizare al unui dispozitiv de transport pentru extragerea obiectelor dintr-un buncăr şi transferul acestora.

a)

b) Figura 11.57 – Dispozitiv de transport cu bandă şi robot

Figura 11.58 – Dispozitiv de transport: cu bandă şi buncăr

În figura 11.59 se prezintă un transportor cu bandă pentru transfer lung cu injecţie de energie.


211

Figura 11.59 – Dispozitiv de transport cu bandă cu injecţie de energie pentru transfer lung

Pentru transferul materialelor în vrac, ghidarea acestora pe bandă poate fi realizată prin deformarea benzii pe ghidaje cu role articulate suspendate de coloane de susţinere, neantrenate (figura 11.60).

Figura 11.60 – Secţiune printr-o bandă transportoare cu role de ghidare

Dispozitive de transfer cu role de rostogolire Aceste dispozitive constau dintr-o bandă fixă în care sunt dispuse o serie de role antrenate, care la rândul lor antrenează obiectele de trasferat. Transmiterea forţei de antrenare se face prin mişcare de rostogolire. În figura 11.61 se prezintă schema cinematică a unui dispozitiv de transfer cu role de rostogolire.


212

Figura 11.61 – Schema cinematica unui dispozitiv de transfer cu role

Condiţiile funcţionării dispozitivului în sensul de ridicare a obiectului sunt: L  2p

(11.22)

în care: L – lungimea obiectului; p – pasul rolelor. şi:

k G  G cos   G sin    v R g

(11.23)

în care: k – coeficient de frecare de rostogolire între rolă şi obiect; v – acceleraţia obiectului Pentru determinarea acceleraţiei se scriu relaţiile: N1  N 2  G cos

(11.24)

unde N1 şi N2 sunt reacţiunile care apar în role. Momentul de frecare de rostogolire este dat de relaţia: Mr  Mr 1  Mr 2

(11.25)

unde M r 1 si M r2 sunt momentele de frecare de rostogolire aferente rolelor de antrenare. Relaţia (11.25) mai poate fi scrisă şi sub forma: M r  k ( N1  N 2 )  k G cos

Forţa care determină deplasarea obiectului este:

(11.26)


F  F1  F2 

M r 1  Mr 2 k  G cos R R

213

(11.27)

unde s-a avut în vedere faptul că forţele periferice dezvoltate de role au expresiile : F1 

Mr 1 Mr 2 s i F2  R R .

Echilibrul dinamic se realizează în condiţiile ecuaţiei: G a0 g

(11.28)

k  a  g cos   sin  R 

(11.29)

 G sin  F 

de unde :

sau cu relaţia 11.23 avem condiţia de funcţionare a sistemului:

k  v  a  g cos   sin    0 R  Momentul motor necesar va avea expresia dată de relaţia

(11.30) (11.26).

În aceste condiţii puterea necesară va fi: P   kG cos

(11.31)

În aplicaţiile practice se construiesc transportoare modulate cu role antrenate, sau cu role neantrenate, iar configuraţia se obţine prin combinaţii ale acestora pe tronsoane şi trasee impuse din considerente de funcţionare ale sistemului de fabricaţie flexibil. Dispozitive de transfer cu lanţ articulat şi eclise Dispozitivele de transport (transportoarele) cu lanţ articulat sunt dispozitive de transfer scurt sau lung constituite dintr-un ansamblu flexibil de elemente articulate (lanţ articulat) înfăşurat pe tamburi (dintre care cel puţin unul este antrenat), profilaţi astfel încât să poată angrena ce constituie lanţul (figura 11.62).

Figura 11.62 – Schema de principiu a transportoarelor cu lanţ

214


Figura 11.63 – Lanţ standard (din 8175)

Aplicaţiile practice determină o mare diversitate constructivă a elementelor de lanţ, a elementelor specializate de agăţare, împingere a obiectelor transportate. O serie de firme specializate din domeniu asigură construcţii modularizate, cu care se pot realiza configuraţii multiple pentru transportoare cu lanţ. În figura 11.63 se prezintă construcţii standardizate de lanţ, iar în figura 11.64 construcţii de lanţ cu role de ghidare pe şină. În figura 11.65 se prezintă câteva tipuri de zale speciale pentru transport obiecte individuale. În figura 11.66 se prezintă modul de utilizare a unui dispozitiv de transport cu lanţ într-un post de încărcaredescărcare.


215

Figura 11.64 – Lanţ cu role de ghidare pe şină

a)

b)

c)

d)

e) Figura 11.65 – Zale speciale pentru transport obiecte individual (din 8176)

216


Figura 11.66 – Post de încărcare-descărcare cu transportor cu lanţ

Figura 11.67 – DTS cu eclise şi lanţ articulat

În figura 11.67 se prezintă schema unui transportor cu eclise (zale). Eclisele constituie elementele unui contur poligonal închis prin intermediul unor cuple de rotaţie. Aceste elemente sunt ghidate lateral, fapt ce permite înscrierea lor în curbe, în conformitate cu traiectoria de realizat. Antrenarea ecliselor se realizează prin intermediul uni lanţ ataşat în partea inferioară a lor şi care angrenează cu o roată care este, la rândul ei acţionată de un motor prin intermediul unei transmisii mecanice. Obiectele manipulate sunt antrenate în mişcare de eclisele transportorului prin intermediul unor ştifturi. În acelaşi timp obiectele se sprijină pe ghidajul rolelor şi alunecă în raport cu acest ghidaj sau sunt aşezate în nişte locaşuri / palete antrenate de eclise. Dispozitive de transfer scurt cu deplasare prin impulsuri (vibratoare) DTS cu deplasare prin impulsuri (vibratoare), au în construcţia lor elemente sub formă de jgheaburi care execută o mişcare vibratoare, astfel încât obiectele sau materialele transportate în vrac primesc o mişcare accelerată care îl desprinde de pe suprafaţa jgheabului, realizând un salt, ceea ce reprezintă o înaintare prin salturi. Transportoarele vibrante se caracterizează prin faptul că obiectele se deplasează pe un jgheab, care execută mişcări de dute-vino cu o frecvenţă de 500600 oscilaţii pe minut şi amplitudini de 1-10 mm, astfel la cursa înainte a jgheabului obiectele se deplsează odată cu jgheabul până în momentul desprinderii când acceleraţia pe verticală a jghebaului este mai mare decât acceleraţia gravitaţională,


217

în timp ce la cursa înapoi a jgheabului obiectele îşi continuă mişcarea în aer datorită inerţiei şi cad pe jgheab într-o poziţie deplasată cu un salt.

Figura 11.68.a – DTS cu deplasare prin impulsuri

În figura 11.68.a se prezintă schema principială a unui astfel de dispozitiv. Jgheabul este înclinat în raport cu orizontala cu unghiul . Mecanismul generator de vibraţii (care poate fi mecanic cu excentric, inerţial, electromagnetic, pneumatic) şi lamelele elastice L, imprimă o viteză v centrului de greutate al obiectului. Vectorul vitezei face cu orizontala unghiul , astfel încât    . În aceste condiţii centrul de greutate al obiectului se deplasează, din poziţia 1 în poziţia 2, pe o parabolă, ridicându-se de pe suprafaţa jgheabului. Din poziţia 2 va aluneca în poziţia 3, unde va primi un nou impuls şi va efectua un salt în 4. Mişcarea jgheabului este detemrinată de vibratorul de acţionare al transportorului şi poate fi descrisă de ecuaţiile cinematice. Spaţiul parcurs de jgheab în timpul t, este dat de relaţia: s j  A sint

(11.32)

cu componentele pe direcţia paralelă, respectiv normală a transportorului:

x j  s j cos   A sint  cos  y j  s j sin  A sint  sin în care A este amplitudinea oscilaţiilor şi  pulsaţia. Limitele de variaţie ale unghiurilor  şi  sunt:

         ;  şi    0;  2  2 2 

(11.33)


218

Din componentele spaţiului parcurs de jgheab prin derivări succesive se obţin expresiile componentelor vitezei jgheabului:

x j  A cos t  cos  y j  A cos t  sin

(11.34)

respectiv ale acceleraţiei jgheabului:

x j  2 A sint  cos  y j  2 A sint  sin

(11.35)

Datorită complexităţii fenomenului de mişcare a obiectelor (materialului) pe jgheabul vibrator s-a impus nesitatea adoptării unor ipoteze simplificatoare şi introducerii unor coeficienţi, astfel încât modelul matematic obţinut să descrie fenomenul cât mai aproape de realitate. Aceste ipoteze simplificatoare adoptate la modelarea fenomenului de deplsare a materialului pe o suprafaţă vibrantă în fazele de desprindere, salt, ciocnire (atingere) sunt:  mişcarea jgheabului este liniară;  mişcarea jgheabului este armonică în raport cu timpul. Aceste ipoteze se justifică prin faptul că:  vibratoarele de acţionare produc forţe perturbatoare aproape armonici;  caracteristica liniară a arcurilor sistemului elastic;  se neglijează variaţia încărcăturii în timpul mişcării jgheabului. Din punct de vedere matematic mişcarea unor particule de material pe suprafaţa vibrantă poate fi reprezentată prin mişcarea centrului de masă al acestuia. Admiţând şi această aproximare se impune acceptarea suplimentară a ipotezelor:  mişcarea materialului nu este influenţată de frecările şi ciocnirile dintre particule, neglijându-se mişcările neregulate de rotaţie, rostogolire ale acestora;  mişcarea materialului este independentă de proprietăţile acestuia cum ar fi: densitatea, forma granulelor, conţinutul de umiditate, lubrefiant, distribuţia granulometrică, etc;  se neglijează rezistenţa aerului şi frecării particulei de pereţii laterali, astfel că în timpul fazelor de salturi sunt valabile legile mişcării în vid (adică la mişcarea materialului în direcţia normalei la jgheab acţionează doar componenta normală a acceleraţiei gravitaţionale, iar viteza pe direcţia jgheabului este constantă până la punctul de atingere al jgheabului);  revenirea particulei pe jgheab se face prin ciocnire perfect plastică;  timpul de ciocnire se consideră infinit mic, deci în timpul contactului dintre material şi jgheab mişcările materialului şi jgheabului coincid;  se acceptă independenţa mărimii coeficientului de frecare de viteza de alunecare şi de presiunea normală între jgheab şi material şi egalitatea între coeficienţii de frecare de repaus (aderenţă) şi mişcare. În figura 11.68.b este reprezentat sistemul de forţe ce acţionează asupra particulelor de material în baza ipotezelor adoptate, sj este spaţiul parcurs de jgheab. Ecuaţia de echilibru dinamic a unei particule de masă m este:


 Fr  G  N  F f  Fi

219

(11.36)

în care: F r – forţa relativă; G – greutatea particulei; N – reacţiunea normală; F f – forţa de frecare uscată; F i – forţa de inerţie.

Figura 11.68.b – Sistemul de forţe asupra particulei de material de pe jgheabul vibrant

Ecuaţiile mişcării relative a particulei proiectate pe axele mobile (xOy solidar cu suprafaţa vibrantă) sunt:

mx  G sin  Ff  Fi cos  my  G cos   N  Fi sin

(11.37)

Înlocuind proiecţiile forţei de inerţie, Fi cos   mx ; Fi sin  my în mişcarea relativă cu ajutorul relaţiilor (11.33) rezultă:

mx  mgsin  Ff  mA2 sint  cos  my  mgcos   N  mA2 sint  sin unde:

(11.38)


220

x , y reprezintă componentele acceleraţiei punctului material de masă m pe direcţia jgheabului, respectiv pe o direcţie perpendiculară la acesta, iar x j , y j sunt componentele acceleraţiei jgheabului ce rezultă prin derivarea succesivă a expresiilor (11.33) date de:

x j  2 A sint  cos   2  x j y j  2 A sint  sin  2  y j

(11.39)

Prin mişcarea particulei pe suprafaţa vibrantă coordonata y va fi zero, iar forţa de frecare Ff se determină cu relaţiile lui Coulomb astfel:

 N pentru x  0 Ff    N pentru x  0

(11.40)

unde  este coeficient de frecare de alunecare. Reacţiunea normală N  Nt  se determină din a doua ecuaţie (11.38), făcând y  0 :

N  Nt   mgcos   mA2 sint  sin

(11.41)

Particula de material rămâne în planul vibrator numai în cazul în care reacţiunea normală este pozitivă. Pe baza inegalităţilor:   / 2     / 2 ; 0     / 2 , condiţia Nt   0 se scrie sub forma:

sint 

g cos  1  2 A sin 

(11.42)

unde  se numeşte indice de salt. În cazul particulei aflată în repaus relativ pe planul vibrator, adică pentru x  0 ; y  0 forţa de frecare uscată Ff  Ff0  t  se determină din prima ecuaţie (11.38):

Ff  Ff0  t   mgsin  mA2 sint cos 

(11.43)

Particula dematerial rămâne în stare de repaus relativ pe suprafaţa vibrantă, numai în condiţia în care forţa de frecare Ff0  t  nu depăşeşte în valoare absolută limita forţei de frecare statică, sau de aderenţă: Ff0   0N0 , această condiţie se scrie sub forma:

  0Nt   Ff0  t    0Nt 

(11.44)

Înlocuind expresiile forţei de frecare 11.40 şi reacţiunea normală din (11.41) în prima ecuaţie (11.38) rezultă ecuaţia mişcării particulei pe suprafaţa vibrantă:

x  g

sin   cos    A2  sint cos  cos 

(11.45)

unde:   arctg - unghiul de frecare de alunecare. Semnele superioare corespund alunecării înainte a particulei pe placă x  0 , iar cele inferioare alunecării înapoi x  0 .


221

Ecuaţia (11.45) este adevărată numai pentru y  0 şi x  0 ; adică în intervalul de timp în care particula alunecă pe placă şi nu se desprinde de ea. Din (11.41) şi (11.42) rezultă că pentru a fi îndeplinită condiţia: 1 g cos   1  A2 sin

(11.46)

reacţiunea normală Nt  în orice moment de timp este pozitivă şi particula de material care cade pe placă cu componenta transversală y a vitezei egală cu zero, rămâne în continuare pe placă. Dacă inegalitatea (11.46) nu este îndeplinită atunci într-un moment oarecare t s are loc relaţia:

sint s 

1 

(11.47)

deci reacţiunea normală Nt s  devine egală cu zero şi particula care iniţial se găsea pe placă, se depărtează de ea prin salt. Ecuaţiile diferenţiale ale saltului particulei de pe suprafaţa vibrantă în sistemul de coordonate mobil xOy rezultă din relaţia (11.38) înlocuind N = 0; Ff = 0 şi împărţind cu m:

x  A2 sint  cos   g sin y  A2 sint  sin  g cos 

(11.48)

Conform relaţiei (11.46) se definşte indicele de salt ca fiind raportul dintre componenta verticală maximă a acceleraţiei jgheabului şi componenta normală a acceleraţiei gravitaţionale. Înlocuind în condiţia (11.47) pulsaţia   2f reyultă timpul ts corepsunzător începerii saltului:

ts 

1 1 arcsin 2f 

(11.49)

deci, pentru o frecveţă dată a oscilaţiei momentul începerii saltului depinde de 1 T indicele de salt. Matematic dacă   1 rezultă t s   , timp ce coincide cu 4f 4 schimbarea sensului de mişcare a jgheabului, viteza jgheabului y j  0 , deşi are loc desprinderea materialului acesta nu avansează deoarece timpii de desprindere şi de revenire coincid. Din relaţia de definire a indicelui de salt:



y max 2 A sin  g cos  g cos 

prin înlocuirea pulsaţiei rezultă frecvenţa f pentru amplitudinea A şi unghiurile  şi  date: f

1   g  cos  2 A sin

s  1

(11.50)


222

Pentru determinarea acceleraţiei, vitezei şi spaţiului particulei de material în timpul saltului pe normală, respectiv pe direcţia jgheabului, se porneşte de la faptul că viteza particulei de material în punctul de desprindere este egală cu cea a jgheabului, iar în timpul zborului asupra ei acţionează numai forţa gravitaţională. Se poate scrie relaţia:

ta  ts 

n f

(11.51)

unde ta este timpul de revenire, iar n  0 indică cât timp materialul este în zbor (salt) faţă de perioada oscilaţiei jgheabului din relaţiile (11.51) şi (11.49) rezultă: ta 

n n 1  1  ts   arcsin  f f 2f 

(11.52)

Dispozitive de transfer cu deplasări intermitente ( pas cu pas) Aceste dispozitive de transfer realizează transferul obiectelor printr-o mişcare de rototranslaţie efectuată de către un mecanism paralelogram articulat, sau printr-o mişcare de translaţie sau rotaţie efectuată de către un mecanism cu clichet sau mecanism cruce de Malta. În figura 11.69 se prezintă schema cinematică a unui mecanism care deplasează obiectele oi şi oi+1 în locaşuri fixe succesive dispuse la pasul p. Mecanismul este un paralelogram articulat A0ABB0, care imprimă bielei o mişcare de translaţie circulară. În bielă sunt prevăzute locaşuri dispuse la acelaşi pas p. În timpul cursei active a mecanismului, biela pătrunde printr-un şliţ practicat în suportul locaşurilor fixe şi mută obiectul oi în locaşul i+1, iar obiectul oi+1 în locaşul i+2.

Figura 11.69 – Dispozitiv de trasfer cu mecanism paralelogram articulat

Raza manivelei este dată de relaţia:

R  h 2  p / 2

2

(11.53)

unde h – este distanţa de la centrul de rotaţie al manivelei până la plăcile fixe (elementele de orientare); p – pasul de avans.


223

În figura 11.70 se prezintă schema cinematică a unui mecanism care deplasează pas cu pas obiectele oi pe jgheabul fix (j), prin intermediul unor împingătoare ii, care pătrund în nişte locaşuri din suprafaţa de sprijin al jgheabului. Elementul conducător al mecanismului este o camă dublă (1). Avansul obiectelor cu o cursă egală cu pasul p se face prin lanţul cinematic acţionat de profilul camei (1a) iar împingătoarele sunt ridicate şi coborâte cu ajutorul lanţului cinematic acţionat de profilul camei (1b).

Figura 11.70 – Dispozitiv de trasfer pas cu pas cu mecanism cu camă

În figura 11.71, se prezintă schematic un dispozitiv de transfer cu tijă în mişcare de translaţie cu clicheţi. Împingătoarele D1 , D2 , D3., sunt fixate pe tija T care execută o mişcare de translaţie alternativă „sus-jos”. La urcare, dispozitivul ridică obiectele manipulate aşezate într-un jgheab vertical cu o distanţă egală cu cursa tijei – p. La coborâre, împingătoarele se rabat în sus, iar obiectele sunt reţinute de clicheţii C1 , C2 , C3.

224


Figura 11.71 – DTS cu tijă şi clicheţi

În figura 11.72 se prezintă un dispozitiv de transfer pas cu pas cu bandă şi racleţi acţionat de către un motor pneumatic sau hidraulic liniar şi un mecanism cu clichet, utilizat pentru transferul obiectelor pe verticală.


225

Figura 11.72 – Dispozitiv cu clichet

Dispozitive de transfer scurt cu mişcare de rotaţie şi situare exactă În categoria DTS cu situare exactă (precisă) se regăsesc mesele de divizare cu mişcare de rotaţie, sau cu mişcare de translaţie. Schema de principiu a unei mese cu mişcare de rotaţie este prezentată în figura 11.73. Obiectul manipulat se roteşte împreună cu masa. Situarea se face cu ajutorul unui bolţ indexor acţionat de un cilindru pneumatic cu simplu efect. În funcţie de poziţia în care se doreşte transferarea obiectului, sau altfel spus în funcţie de cursa unghiulară a mişcării obiectului, se poate comanda pătrunderea bolţului indexor într-unul din orificiile (bucşele din materiale rezistente la uzură) practicate pe suprafaţa inferioară a mesei. Poziţionarea precisă a mesei implică situarea precisă a obiectului manipulat care este fixat pe masă cu ajutorul unui dispozitiv de instalare.

226


Figura 11.73 – Masă cu divizare în mişcare de rotaţie

În figura 11.74 se prezintă modul de utilizare al unei mese divizoare la un sistem flexibil de prelucrare cu mai multe posturi de lucru.

Figura 11.74 – Masă rotativă divizoare

În figurile 11.75 se prezintă câteva exemple de mese de poziţionare cu mişcare de rotaţie sau rotaţie şi translaţie. Aceste dispozitive se utilizează în anumite procese tehnologice (spre exemplu sudare cu arc în mediu protector), când se necesită imprimarea unei mişcări de rotaţie obiectelor de prelucrat, sau atunci când pentru creşterea randamentului se suprapun timpii auxiliari necesari fixării-defixării obiectelor cu timpul de prelucrare.


227

a)

b)

c)

d)

e)

f)

Figura 11.75 – Mese divizoare de poziţionare: a) masă cu un grad de mobilitate; b) masă cu două grade de mobilitate; c) masă cu două axe de rotaţie de lucru; d) masă dublă cu două rotaţii de lucru; e) masă dublă cu câte o axă de rotaţie de lucru; f) masă cu o rotaţie şi două translaţii


228

11.5. Dispozitive şi elemente de ordonare Aceste dispozitive au funcţia de a ordona obiectele unul după altul şi a asigura o orientare corectă a acestora faţă de sistemul de manipulare şi prelucrare. Se cunoaşte faptul că o mulţime de obiecte se găsesc într-o stare dezordonată dacă situările lor relative sunt oarecare. Pentru a putea caracteriza, din punct de vedere geometric, mişcarea obiectului în timpul transferului se definesc următoarele elemente (figura 11.76):  punctul caracteristic – P;  dreapta caracteristică –   ;  dreapta auxiliară – ' , perpendiculară pe dreapta caracteristică în punctul caracteristic. O formaţie de obiecte este în stare ordonată dacă punctele caracteristice ale acestora se află la distanţa minimă permisă de configuraţia geometrică, iar dreptele caracteristice şi cele auxiliare sunt paralele sau în prelungire. Se mai defineşte ordonarea ca funcţia de ocupare de către obiect a unei poziţii bine determinate în raport cu un anumit reper. Orientarea este poziţionarea dreptei caracteristice şi a dreptei auxiliare după direcţii şi sensuri impuse. Dacă geometria obiectului manipulat o permite cel puţin una dintre aceste drepte se alege astfel încât ea să fie o axă de simetrie a obiectului. Ordonarea ca activitate constă din mulţimea operaţiilor prin care se asigură ca obiectul manipulat să aibă o anumită situare (poziţie-orientare). Poziţia şi orientarea obiectului manipulat, situarea sa în raport cu sistemul de referinţă ataşat dispozitivului (elementului) de ordonare se poate exprima prin matricea de situare:

n x n 0 T1   y n z  0

ox oy oz 0

ax ay az 0

px  p y  n o a p   p z  0 0 0 1  1

(11.54)

unde: p  p x ,p y ,p z  este vectorul de poziţie al obiectului manipulat faţă de sistemul de referinţă ataşat dispozitivului de ordonare (vezi module de orientare pentru roboţi T industriali); a  a x , a y , a z  este versorul de apropiere şi are ca direcţie dreapta T

caracteristică; o  o x , o y , o z  este versorul de orientare şi are ca direcţie dreapta T

auxiliară; n  n x ,n y ,n z  este versor ce defineşte baza ortonormată ( n  o  a ). T

Figura 11.76 – Situarea obiectului manipulat


229

Dacă obiectul este transferat din poziţia 1 în poziţia 2 situarea obiectului manipulat poate fi concepută în două secvenţe: 1. În prima secvenţă se deplasează punctul caracteristic din poziţia P1 în poziţia P2, dreapta caracteristică şi dreapta auxiliară rămân în poziţia 2 paralele cu direcţiile pe care le-au avut în poziţia 1 (poziţionare). 2. În cea de a doua secvenţă, punctul caracteristic rămâne nemişcat în poziţia 2, obiectul manipulat rotindu-se în jurul unui punct fix până când dreptele, caracteristică şi auxiliară ocupă poziţiile 2 si 2/ necesare. Ansamblul celor două secvenţe (poziţionare şi orientare) determină situarea obiectului manipulat. Obiectele sunt în stare de situare corectă dacă poziţionarea şi orientarea lor relativă este bine determinată. În figura 11.77 sunt reprezentate formaţii de obiecte ordonate şi orientate.

Figura 11.77 – Formaţii de obiecte ordonate

Definiţie. Aducerea obiectelor manipulate dintr-o stare dezordonată într-o stare ordonată se numeşte proces de ordonare. Complexitatea procesului de ordonare depinde de gradul de dezordine. Definiţie. Se numeşte grad de dezordine al unei anumite formaţii de obiecte manipulate, numărul maxim de parametrii cinematici ai unui obiect care trebuie modificaţi pentru a aduce toate obiectele din formaţie în stare ordonată, la care se adaugă câte o unitate pentru fiecare caz când dreapta caracteristică sau cea auxiliară sunt axe de simetrie. În consecinţă gradul maxim de dezordine al unei formaţii de obiecte va fi egal cu numărul gradelor de libertate (6) la care se adună numărul axelor de simetrie (2). Complexitatea dispozitivului de ordonare şi orientare depinde de numărul gradelor de dezordine ale formaţiunii de obiecte. Din punct de vedere al funcţiei de orientare, prezintă importanţă probabilitatea de aşezare a obiectului manipulat pe o suprafaţă de sprijin oarecare. Un obiect cilindric se poate sprijini pe o suprafaţă plană orizontală fie pe una din suprafeţele frontale plane, fie pe suprafaţa cilindrică laterală (figura 11.78). Obiectul va trece într-una din poziţiile amintite în funcţie de modul cum acţionează momentul de răsturnare cauzat de forţa de greutate a corpului în momentul contactului dintre obiect şi suprafaţa de sprijin.


230

a)

b)

Figura 11.78 – Posibilităţi de aşezare a unui obiect cilindric pe o suprafaţă plană: a) obiect cilindric plin; b) obiect cilindric gol

Obiectul poate avea o poziţie oarecare în raport cu suprafaţa plană în primul moment al contactului, locul geometric al vârfului vectorului forţă gravitaţională în raport cu obiectul fiind o sferă cu centrul în centrul de masă al obiectului (figura 11.79.a). Probabilitatea ocupării unei anumite poziţii de către obiect faţă de suprafaţa de sprijin este raportul dintre porţiunea din suprafaţa sferei ocupată de vârful vectorului forţă gravitaţională, pentru care momentul de răsturnare aduce obiectul în poziţia respectivă, şi întreaga suprafaţă a sferei.

Figura 11.79. Probabilitatea aşezării unui obiect cilindric pe o suprafaţă plană

Probabilităţile orientării obiectului într-una din cele trei poziţii posibile sunt următoarele:  pe suprafaţa S1 : P1 

S1 SF

(11.55)

 pe suprafaţa S2 : P2 

S2 SF

(11.56)

 pe o generatoare: P

SF S1  S2 SF

(11.57)


231

11.6. Principiile construcţiei dispozitivelor (elementelor) de ordonare Dispozitivele (elementele) de ordonare lucrează după unul din următoarele principii fundamentale: 1. Prin selectare – reţin dintr-un flux de obiecte manipulate cele orientate corect şi le elimină pe cele care au o orientare greşită. 2. Prin schimbarea orientării – modifică orientarea (direcţia dreptelor caracteristice şi auxiliare) acelor obiecte care se deplasează, într-un flux de obiecte manipulate, orientate greşit. În funcţie de complexitatea operaţiei de ordonare, acestea se pot face: i) într-o singură etapă; ii) în mai multe etape. După modul de funcţionare, dispozitivele (elementele) de ordonare pot fi : 1. gravitaţionale care pot utiliza şi geometria obiectelor care se manipulează; 2. care funcţionează prin injecţie de energie aceasta putând fi de natură mecanică (mecanisme) sau de alt tip; 3. inteligente. 11.6.1. Dispozitive de ordonare care lucrează după principiul selectării Şicanele de ordonare Şicanele sunt elemente de ordonare care lucrează după principiul selectării utilizând forma geometrică a obiectelor manipulate şi forţele gravitaţionale. Prin şicane se înţeleg suprafeţe formate sau orificii practicate în jgheaburi de acumulare transport în vederea ordonării prin selectare a obiectelor care se deplasează în aceste jgheaburi. În figura 11.80 se prezintă un exemplu de şicană care elimină obiectele cu orientare necorespunzatoare care se deplasează în poziţia (b) datorită forţelor gravitaţionale. Greutatea proprie a obiectului va determina răsturnarea acestuia şi căderea în orificiu, respectiv în buncăr. Obiectele aflate în poziţia (a, orientate corect) depăşesc şicana, fiind astfel selectate şi formând în continuare, o formaţie ordonată şi orientată. În figura 11.81 se prezintă câteva exemple de şicane sub formă de orificii practicate în jgheab sau sub forma unor opritoare şi ghidaje.

Figura 11.80 – Şicană de ordonare gravitaţională

Figura 11.81 – Şicane de ordonare diverse

232


În figura 11.82 se prezintă un sistem de ordonare a obiectelor cilindrice în trepte (nituri, şuruburi), utilizând o serie de şicane. Dispozitivul cuprinde un buncăr vibrator, pe serpentina căruia s-a plasat o şicană (ştergător) (1), care permite numai trecerea obiectelor în poziţie orizontală, după care urmează un element de întrerupere (2) şi a doua şicană (3) sub forma unui locaş (crestătură), în care pătrunde obiectul cudiametrul minim, ajungând în poziţie verticală. În continuare obiectele se deplasează într-un jgheab în această ordonare.

Figura 11.82 – Dispozitiv de ordonare cu şicane pentru obiecte cilindrice în trepte

În figura 11.83 se prezintă un sistem de ordonare a obiectelor conice (role conice, etc.). Construcţia este asemănătoare cu figura 11.82, principiul de funcţionare fiind acelaşi, astfel încât obiectele conice se ordonează cu axa verticală şi diametrul mare în sus. Prin orificiile (5) se injectează un jet de aer pentru menţinerea ordonării obiectelor.


233

Figura 11.83 – Dispozitiv de ordonare cu şicane pentru obiecte conice

În figura 11.84 se prezintă un sistem de ordonare a obiectelor sub formă de discuri ambutisate. Buncărul vibrator (4) are spirala prevăzută cu două şicane (2), care permit trecerea obiectelor aşezate orizontal, iar restul cad în buncăr pe o zonă deformată a spirei (3). La ieşirea de pe spira elicoidală a buncărului aceasta are o teşitură (înclinaţie) (6) astfel încât obiectele care au ajuns cu partea deschisă în jos vor cădea în buncăr prin spaţiul dintre spiră şi jgheabul din aval (5). Lăţimea spirei în această zopnă trebuie să fie mai mică decât diametrul interior al discului (obiectului). Obiectele ordonate cu partea deschisă în sus trec peste această distanţă şi pătrund în jgheabul din aval ordonate corespunzător.

234


Figura 11.84 – Dispozitiv de ordonare cu şicane pentru obiecte tip discuri

11.6.2. Dispozitive (elemente) de ordonare cu injecţie de energie Din această grupă fac parte dispozitivele de ordonare care lucrează după principiul selectării utilizând pe lângă forma geometrică a obiectelor manipulate şi surse suplimentare de energie mecanică sau fluidică. În figura 11.85 se prezintă un sistem de ordonare a obiectelor cu diametre în trepte, utilizând aport de energie mecanică. Obiectele se deplasează din amonte pe un dispozitiv de transfer (în două posibilităţi). Sistemul de ordonare este format din două grupe de role cu bandă (1), care sunt antrenate simultan prin arborele conducător (2) având la partea superioară o placă de sprijin (4) cu perete frontal (5). Obiectele din poziţia 1 se vor deplasa pe placa de sprijin (4) până la peretele frontal, astfel încât setul de role din spate vine în contact cu obiectul, pe care îl


235

antrenează în mişcare de rotaţie, capătul respectiv înaintând, obiectul cade în jgheabul din aval printr-un deflector cu diametrul mare în faţă. Obiectele din poziţia 2 sunt oprite de setul de role din faţă şi fiind antrenat acesta se roteşte fiind deplasat în jgheab tot cu diametrul mare în faţă.

a)

b)

Figura 11.85 – Dispozitiv de ordonare cu aport de energie mecanică

În figura 11.86 se prezintă un dispozitiv de ordonare cu injecţie de energie format dintr-un disc rotativ D cu patru locaşuri radiale. Obiectele manipulate se deplasează pe jgheabul T în poziţia (a) sau (b) şi cad succesiv în locaşurile discului, sprijinindu-se pe rama fixă C (camă). Discul antrenează obiectele în mişcare de rotaţie. În timpul trecerii din poziţia I în poziţia II, obiectul este împins de profilul camei C înspre exterior. Dacă obiectul are poziţia a el este reţinut de o ramă elastică L şi deplasat mai departe de către disc până în poziţia IV de unde cade în jgheabul T 1, cu partea de diametru mai mare în faţă. Dacă obiectul are poziţia b, în dreptul lamei L ajunge porţiunea de diametru mai mic astfel încât lama L nu se deformează, obiectul cade din poziţia II prin orificiul practicat în rama fixă C, în tubul T1 tot cu partea de diametru mai mare în faţă.

236


Figura 11.86 – Dispozitiv de ordonare cu injecţie de energie mecanică cu disc

Figura 11.87 – Şicane cu injecţie de energie

În figura 11.87.a este prezentat un jgheab pe care obiectele se pot deplasa în poziţia (a) sau în poziţia (b) orientate corect sau incorect. Prin duza d se insuflă un jet de aer care răstoarnă şi elimină pe această cale obiectele care se deplasează în poziţia (b) orientate incorect. Obiectele aflate în poziţia (a), orientate corect, nu sunt atinse de jetul de aer, ele depăşesc duza şi se deplasează în continuare în formaţie ordonată şi orientată corect. Acţiunea jetului de aer comprimat poate fi înlocuită cu cea a unui împingător acţionat de un mecanism bielă-manivelă.


237

11.6.3. Dispozitive (elemente) de ordonare gravitaţionale (cu modificarea orientării)

Modificarea orientării obiectelor manipulate se poate realiza prin acţiunea forţei gravitaţionale, care acţionează asupra obiectului utilizând forma geometrică a acestuia. Aceste dispozitive pot fi utilizate în cazul obiectelor care au centrul de masă deplasat faţă de centrul geometric. Se prezintă în continuare câteva cazuri specifice de ordonare gravitaţională. La elementul de ordonare din figura 11.88, în cazul în care obiectul se va deplasa în poziţia (a) acesta se va agăţa de opritorul C şi apoi va cădea în orificiul O, răsturnându-se în jurul vârfului opritorului sub acţiunea forţei gravitaţionale.

Figura 11.88 – Element de ordonarea cu modificarea orientării obiectelor

Dacă deplasarea obiectului se face în poziţia (b), acesta se loveşte de opritorul C şi va cădea sub acţiunea forţei gravitaţionale în aceeaşi orientare cu (a). În figura 11.89 se prezintă modul de schimbare a orientării obiectelor cave (tip pahar), utilizând un împingător. Obiectele se găsesc în jgheabul (2) în orientări diferite. Ele sunt deplasate de către împingătorul (3) şi sub acţiunea arcului lamelar (1) sunt obligate să-şi schimbe orientarea, după care cad în jgheabul din aval în orientarea dorită (partea goală în jos). Obiectele cu orientare diferită sunt prinse de către împingătorul (3) şi deplasate până la peretele opus al jgheabului. În faza de retragere a împingătorului obiectele rămân în urmă şi se vor roti, căzând în jgheabul din amonte în aceeaşi orientare.

238


Figura 11.89 – Sistem de ordonare gravitaţional cu împingător

În figura 11.90 se prezintă modul de schimbare a funcţionării obiectelor din aceeaşi categorie (tip pahar) utilizând elemente de tip „cârlig oscilant”. Din figură rezultă modul de schimbare a orientării.


a)

239

b)

c)

Figura 11.90 – Sistem gravitaţional pentru ordonarea obiectelor de tip pahar cu cârlig oscilant

În figura 11.91 se prezintă acelaşi sistem de schimbare a orientării obiectelor de tip pahar, care se deplasează pe un dispozitiv de transfer cu bandă.

Figura 11.91 – Dispozitiv de transfer şi ordonare cu cârlig oscilant

240


În figura 11.92 se prezintă un dispozitiv de schimbare a orientării sub acţiunea forţelor gravitaţionale pentru obiecte cilindrice în trepte. Deplasarea centrului de masă faţă de centrul geometric al obiectelor, determină orientarea corectă a acestora după atingerea unui opritor (cuţit de balansare 6) amplasat la intrarea în jgheabul din aval.

Figura 11.92 – Dispozitiv de ordonare axe în trepte

În figura 11.93 se prezintă un sistem de schimbare a orientării pentru obiecte cilindrice în trepte utilizând forţele gravitaţionale şi o şicană (orificiu) practicată în suportul fix (3). Orificiul permite trecerea obiectelor numai într-o anumită orientare, adică cu diametrul minim în jos. Obiectele din jgheabul (1) sunt împinse de către împingătorul (2) până în faţa şicanei, de unde obiectele cad în jgheabul (4).


Figura 11.93 – Sistem de ordonare gravitaţional şi şicană pentru axe în trepte

Figura 11.94 – Dispozitiv de ordonare obiecte în trepte cu masă înclinată

241

242


În figura 11.94 se prezintă modul de schimbare a orientării obiectelor cilindrice in trepte (tip ciupercă) utilizând forma geometrică a acestora şi forţele gravitaţionale. Obiectele orientate în două posibilităţi în jgheabul din amonte (1) cad pe o masă inclinată (5) şi datorită diametrelor diferite ale zonelor de contact, acestea parcurg drumuri de lungime diferită ( L  D ; l  d ). Acest lucru determină deplsarea obiectelor spre stânga sau dreapta mesei, de unde sunt captate de jgheaburile (3) în aceeaşi orientare, după care urmează reunirea lor. În figura 11.95 se prezintă un dispozitiv de schimbare a orientării obiectelor paralelipipedice (tip cutie). Obiectele care se deplasează pe un sistem de transfer (1) ajung la suportul rabatabil (5). Sub acţiunea motorului liniar (4) acesta se roteşte cu obiectul cu 900, de unde este preluat de al doilea suport (3) sub acţiunea motorului liniar (2), după care se deplasează în aval cu orientarea schimbată.

Figura 11.95 – Dispozitiv de ordonare piese paralelipipedice şi schema pneumatică de acţionare


243

11.6.4. Dispozitive de ordonare inteligente Un dispozitiv de ordonare inteligent se prezintă în figura 11.96.

Figura 11.96. Sistem de ordonare cu cameră video şi robot industrial

Sistemul este format dintr-o cameră video C şi un robot industrial R. Sistemul ordonează o formaţie de obiecte care sunt transferate cu ajutorul benzii transportoare B. Formaţia de obiecte se va considera ordonată, dacă obiectele sunt în poziţia A. Dacă obiectul care intră în câmpul vizual al camerei se află în poziţia B, acest fapt este recunoscut de sistemul de vizualizare, informaţia fiind transmisă robotului industrial, care va schimba orientarea obiectului. În consecinţă obiectele care vor fi transferate mai departe pe jgheabul J se vor constitui într-o formaţie de obiecte ordonate.

11.7. Dispozitive (elemente) de numărare/dozare Funcţia de numărare este funcţia aducătoare în decursul căreia se determină numărul de obiecte care fac parte dintr-o anumită formaţie, sau numărul de obiecte care se transportă printr-un punct al traseului într-un anumit interval de timp. Dispozitivele de numărare/dozare realizează funcţia aducătoare, de numărare de dozare al cărei conţinut este:  determinarea numărului de obiecte manipulate care trec printr-un punct al traseului într-un interval de timp dat (numărarea);  gruparea obiectelor în formaţii de o mărime dată pentru un interval de timp prestabilit (dozarea).

244


Numărarea obiectelor se poate face în mod direct sau indirect. În mod direct se numără semnalele date de senzori tactili sau de senzori de proximitate activaţi de fiecare obiect în decursul deplasării. Modul indirect de numărare de obiecte se face prin intermediul numărării ciclurilor cinematice efectuate de mecanismele dispozitivelor de transfer sau de separare într-un anumit interval de timp. În figura 11.97 este prezentat un Figura 11.97 – Dispozitiv de numărare cu senzor dispozitiv de numărare directă care de proximitate foloseşte un senzor de proximitate. Obiectele de lucru se rostogolesc pe jgheabul J, senzorul fiind sensibilizat de fiecare obiect care trece prin dreptul său. Dispozitivul din figura 11.98 este un dispozitiv de numărare cu discuri, caz în care numărarea se face în mod indirect. Cele două discuri D 1 şi D2 sun fixate pe axul A care se roteşte cu o turaţie cunoscută, reglabilă, şi pătrund în tubul acumulator TA. În discuri sunt practicate orificiile O1 respectiv O2 , prin care pot trece obiectele care se găsesc în tubul acumulator TA. Cunoscând turaţia axului A şi ştiind că la o rotaţie completă trece un obiect “prin” cele două discuri, se poate determina numărul de obiecte care trec, prin acel punct al tubului într-un interval de timp dat.

Figura 11.98 – Dispozitiv de numărare cu discuri

În figura 11.99 se prezintă un dispozitiv de numărare cu gheare tip furci. Dispozitivul realizează simultan cu separarea obiectelor şi numărarea lor la fiecare oscilaţie a sistemului de gheare. La fiecare oscilaţie cu unghiul  se eliberează câte un obiect astfel încât coloana de obiecte din amonte coboară cu câte un pas. Numărarea osiclaţiilor va cuantifica numărul de obiecte eliberate.


a)

245

b)

Figura 11.99 – Dispozitiv de numărare: a) cu gheare; b) cu gheare-furci

Figura 11.100 – Dispozitiv de numărare cu tampoane elastice

În figura 11.100 se prezintă un dispozitiv de numărare cu tampoane elastice. La acest dispozitiv ghearele constau din tampoane fixate pe lame elastice, reţinerea obiectelor din coloană se realizează de către forţa de frecare dintre obiectul (Oi+1) şi ghidaj, forţe care apar în urma apăsării obiectului de către tampon. În figura 101 se prezintă un dispozitiv de separare-numărare cu cuţite în mişcare de translaţie. La deplasarea cuţitelor în tandem la fiecare translaţie se eliberează câte un obiect iar la mişcarea în sens invers se permite deplasarea coloanei de obiecte din amonte cu un pas. Deci pentru a le număra se înregistrează alternanţele cuţitelor.


246

Figura 11.101 – Dispozitiv de numărare cu cuţite în mişcare dse translaţie

Figura 11.102 – Dispozitiv de numărare cu rotor cu ştifturi

În figura 11.102 se prezintă un dispozitiv de numărare cu rotor şi palete (ştifturi). Numărul de obiecte care parcurg traseul se determină prin unghiul de rotaţie efectuat de către rotor. Există situaţii în care materialul care se manipulează este în vrac. Astfel de cazuri reclamă utilizarea unor dispozitive de dozare. În figura 11.103 este prezentat un astfel de dispozitiv.

Figura 11.103 – Dispozitiv de dozare pentru materiale în vrac


247

Materialul este depozitat în rezervorul (buncărul) R, din care curge prin două jgheaburi: J1 şi J2 , obturate periodic prin clapele articulate C1 şi C2. Cele două clape execută mişcări vibratorii sub acţiune electromagneţilor EM1 , EM2 şi a arcurilor A1 , A2 . Materialul se acumulează în recipientul R1, cantitatea acumulată în R1 fiind cântărită în mod continuu prin intermediul cântarului k. Pârghia cântarului, la o anumită cantitate de material în R1, închide contactul CO1. Prin închiderea lui CO1 se comandă întreruperea alimentării cu curent a electromagnetului EM1 , întrerupându-se scurgerea materialului prin jgheabul J1 de secţiune mai largă (se opreşte “dozarea grosieră”). Materialul continuă să curgă prin jgheabul de secţiune mai mică J2 până în momentul în care se închide contactul CO2, care întrerupe alimentarea electromagnetului EM2 şi scurgerea materialului prin jgheabul J2 (se opreşte „dozare fină”). În figura 11.104 se prezintă un dispozitiv de dozare pentru lichide. Lichidul se găseşte într-un recipient (R). Pentru realizarea dozării distribuitorul (R1), pune în legătură prin intermediul conductelor recipientul R cu vasul V 1, al cărui volum este stabilit prin poziţia canalului c1. cantitatea de lichid care depaşeşte volumul stabilit se scurge prin tubul T 1 cu ventil de reţinere în recipientul R2, de unde se readuce în recipientul R, cu ajutorul pompei P. Prin schimbarea poziţiei distribuitorului R1, volumul de lichid reţinut în volumul V1 se evacuează în vederea utilizării în tuburi T 3, iar o altă cantitate de lichid va fi canalizată în vasul V2, de construcţie identică cu vasul V1.

Figura 11.104 – Schema unui dispozitiv de dozare pentru lichide

11.8. Dispozitive (elemente) de separare/reunire Dispozitivele (elementele) de separare/reunire realizează funcţiile aducătoare, de separare-ramificare, respectiv reunire-confluenţă, ale căror conţinut este izolarea unuia sau mai multor obiecte (cantităţi de material) şi/sau dirijarea acestora pe trasee de transfer diferite, respectiv reunirea mai multor fluxuri de transfer de obiecte manipulate, într-unul singur.

248


Dispozitivele de separare/reunire se construiesc într-o varietate mare de soluţii după cum urmează:  dispozitive de separare/reunire cu pârghii (gheare-furci);  dispozitive de separare/reunire tip macaz;  dispozitive de separare/reunire tip clapetă;  dispozitive de separare/reunire cu element de captare. În fig. 11.105 este prezentat un dispozitiv de separare cu gheare-furci. Obiectele de manipulat se deplasează în tubul acumulator A. În poziţia din figură dispozitivul eliberează obiectul Oi (acesta cade) şi reţine obiectul Oi+1 şi cele Figura 11.105 – Dispozitiv de următoare. separare cu gheare furci În secvenţa următoare, balansierul ce acţionează ghearele oscilează în sens orar cu unghiul 2  , iar coloana de obiecte coboară cu un pas. La oscilaţia balansierului ghearelor cu unghiul 2  în sens trigonometric, se va elibera obiectul Oi+1 şi se va reţine obiectul Oi+2 şi cele următoare. Aceste dispozitive sunt frecvent utilizate în sistemele flexibile de asamblare. În figura 11.106 se prezintă un dispozitiv de separare cu opritor tip gheare acţiona pneumatic. Obiectele se deplasează în coloană în jgheabul (1). Motorul pneumatic (2) acţionează ghearele (4) în tandem prin intermediul pârghiei oscilante (3) astfel încât la o cursă o gheară eliberează un obiect, a doua opreşte obiectele din amonte. La cursa de revenire obiectele înaintează cu un pas, primul obiect fiind oprit de către gheara inferioară. Acest dispozitiv poate fi utilizat şi ca dispozitiv de numărare.

Figura 11.106 – Dispozitiv de separare cu opritori pneumatici


Figura 11.107 – Dispozitiv de repartizare tip macaz

249

În figura 11.107 se prezintă schema de principiu a dispozitivelor de separare tip macaz. Obiectele se deplasează în formaţie compactă în jgheabul J până la elementul de jgheab JM. În funcţie de poziţia acestuia deplasarea obiectelor poate fi dirijată succesiv pe jgheabul J1 , J2 sau J3. Poziţia elementului JM, care se roteşte în jurul axei O, este comandată de sistemul de comandă al DMA (IA/E). Dispozitivul descris mai sus este un dispozitiv de tip macaz şi realizează repartizarea obiectelor transferate pe mai multe fluxuri. În figura 11.108 se prezintă construcţia unui dispozitiv de separare tip macaz cu acţionare pneumatică. Separarea pe căi diferite a obiectelor se realizează cu ajutorul motorului pneumatic liniar.

Figura 11.108 – Dispozitiv de separare tip macaz cu comandă pneumatică


250

a)

b)

c)

d)

Figura 11.109 – Scheme de principiu ale dispozitivelor de separare cu clapete

Figura 11.110 – Clapeta dispozitivului de separare este comandată de obiectul manipulat

Figura 11.111 – Dispozitiv de separare cu clapetă basculantă

În figura 11.109 se prezintă schemele de principiu ale unor dispozitive cu clapete, comandate de sistemul de comandă al dispozitivelor de manipulare (IA/E). Clapetele pot fi comandate chiar de către obiecte în cădere (figura 11.110). Obiectul se deplasează în tubul T, fiind dirijat de clapeta C înspre tubul T 1, în care îşi deschide accesul, rotind clapeta în jurul axei orizontale D, astfel încât obiectul următor va fi dirijat înspre tubul T2. În figura 11.111 se prezintă schema de principiu a unu dispozitiv de ramificare utilizând o clapetă basculantă comandată. Obiectele se vor deplasa pe traseul (1) sau (2) funcţie de poziţia clapetei. Înfigura 11.112 se prezintă un dispozitiv de separare cu element de captare rotativ. Obiectele sunt preluate din jgheabul din amonte de către un rotor prevăzut cu o serie de orificii radiale şi antrenate în mişcare de rotaţie, obiectele fiind evacuate pe jgheaburile (1) sau (2) din aval.


Figura 11.112 – Dispozitiv de separare cu captor rotativ

251

Figura 11.113 – Dispozitiv de separare cu captor rotativ şi clapete comandate

În figura 11.113 se prezintă un dispozitiv de separare pe mai multe trasee cu element de captare rotativ şi clapete comandate. Obiectele din jgheabul (6) sunt captate de către rotorul (1) şi introduse în locaşurile (4) ale benzii de transport (2) şi separate pe trasee funcţie de deschiderea clapetelor (5). În figura 11.114 se prezintă schema de principiu a unui dispozitiv de reunire constituit din acumulatoare şi extractoare în mişcare de rotaţie. Dacă se impune ca formaţia de obiecte rezultată din reunire a fluxurilor să aibă ca structură numere inegale de obiecte din fiecare tip, extractoarele se prevăd cu număr inegal de locaşuri (figura 11.115).

Figura 11.114 – Dispozitiv de reunire cu captori rotativi

Figura 11.115 – Dispozitiv de reunire cu numar diferit de locaşuri

252


11.9. Dispozitive de măsurare şi control Dispozitivele de control dimensional sau control de existenţă, realizează funcţiile aducătoare de control de existenţă a obiectului manipulat, respectiv a controlului dimensiunilor (sau alte proprietăţi detectabile, respectiv măsurabile) a formei acestuia sau a altor parametrii. Funcţia aducătoare de control de existenţă are ca şi continut verificarea dacă un obiect manipulat a ajuns într-o anumită poziţie, sau dacă ocupă poziţia corectă. Funcţia de control dimensional are ca şi conţinut:  constată anumite caracteristici ale obiectului de lucru, măsurând: dimensiuni, rugozităţi, greutate, rezistenţă electrică etc.;  mărimea măsurată se compară cu o mărime de referinţă concluzionându-se dacă, din punct de vedere al acesteia, obiectul de lucru este “bun” sau “rău”. Dispozitivele de măsurare şi control din cadrul sistemelor de fabricaţie flexibilă pot fi:  dispozitive care controlează un singur parametru;  dispozitive care controlează mai mulţi parametri. Măsurarea/controlul este o funcţie care poate fi realizată sub una din formele prezentate în figura 11.116.


253

Figura 11.116 – Moduri de realizare a funcţiei măsurare/ control

Sistemele automate de control pasiv au în componenţa lor mai multe subsisteme (figura 11.117). Controlul pasiv se caracterizează prin faptul că după prelucrarea obiectului de lucru la un anumit mijloc de muncă, se măsoară, se compară parametrul (parametrii) controlat. Rezultatul comparaţiei determină separarea produselor care nu se încadrează în condiţiile prestabilite (rebuturi) şi transmiterea către mijlocul de muncă a unor informaţii care să permită reglarea acestuia în scopul evitării apariţiei rebuturilor. Automatele de control şi maşinile de măsurat specializate au în componenţă: o dispozitive de lucru în care se află obiectul ce urmează a fi măsurat; o suportul pe care se fixează capul de măsurare şi după caz şi obiectul; o capul de măsurare. Maşinile de măsurat cu roboţi de măsurare au în componenţa lor un dispozitiv de lucru sau un robot de manipulare a obiectelor de măsurat şi un suport sau robot prevăzut cu un cap de măsurare ce acţionează asupra obiectului.

Figura 11.117 – Controlul pasiv

254


O scară a diferitelor trepte de automatizare în control/măsurare se propune în tabelul 11.4 (Standford Research Institute, S.U.A.). Treptele urcă pe măsura automatizării interacţiunii comandă-execuţie şi timpenergie-mijloace. Structura dispozitivului de măsurare/control automat este prezentată în figura 11.118.

Figura 11.118 – Structura dispozitivului de măsurare/control automat

În figura 11.119 se prezintă schema de principiu a unei instalaţii automate de control şi sortare a bolţurilor de piston cu acţionare pneumatică.


255

Figura 11.119 – Instalaţie automată de control şi sortare a bolţurilor de piston

Acest dispozitiv realizează controlul ovalităţii şi conicităţii cu sortarea pe grupe din 5 în 5 m. Măsurarea bolţurilor se face în trei secţiuni diferite. Ajutajele pneumatice (1) sunt amplasate în secţiuni de măsurare, sub un unghi de 1200 unul faţă de altul şi la distanţe diferite. Ajutajele sunt legate la trei traductoare cu mercur (3, 4, 11) cu câte patru contacte fiecare şi cu contrapresiune, care permit sortarea bolţurilor în patru grupe de dimensiuni. Presiunea aerului după ce se uniformizează în ajutaje şi în camerele de distribuţie (2, 9, 6) de la fiecare secţiune se transmite la traductoarele (3, 4, 11) şi provoacă ridicarea nivelului mercurului în camerele cu contactele electrice (10), reglate la înălţimi diferite, corespunzătoarele grupelor de sortare. Rezultatele sortării sunt determinate de ultimul din contactele închise, care dă un impuls releului de comandă al instalaţiei automate. Abaterile de formă (ovalitate şi conicitate) sunt controlate prin traductoarele diferenţiale (5, 7, 8), conectate între ajutaje în fiecare două secţiuni. În felul acesta traductorul (8) verifică diferenţa diametrelor în secţiunile (I) şi (III), traductorul (7) diferenţa diametrelor în secţiunile (I) şi (II), iar traductorul (5) diferenta diametrelor în secţiunile (II) şi (III). Deoarece ajutajele celor trei secţiuni sunt decalate rezultatele verificărilor făcute cu traductoarele diferenţiale vor determina nu numai conicitatea ci şi ovalitatea piesei. În figura 11.120 este prezentată schema de principiu şi schema electrică a instalaţiei automate cu contacte electrice, pentru controlul preciziei dimensionale şi de formă geometrică la obiecte din grupa rolelor, inelelor, ştifturilor, bolţurilor etc. Obiectul de controlat trece pe sub palpatorul (1) al traductorului. Dacă diametrul obiectului iese din câmpul de toleranţă prescris se închide unul din contactele (2). Grila lămpii electronice corespunzătoare (L1 sau L2) va primi potenţialul negativ şi se închide. Curentul anodic se micşorează la zero şi unul dintre electromagneţii (EM1 sau EM2) eliberează clapeta (3 sau 4). Aceasta se deschide sub acţiunea unui arc şi obiectul trece la rebut definitiv sau rebut recuperabil. Dacă obiectul este bun, nu se închide nici un contact, claptele rămân închise şi el trece mai departe. Contactul (5) exclude închiderile accidentale, până în momentul când obiectul este adus sub palpator. Contactul (5) se închide şi deschide automat cu ajutorul unei came montată pe un arbore de distribuţie.

256


Figura 11.120 – Instalaţie automată cu contacte electrice pentru control

Controlul activ permite culegerea informaţiilor în tipul prelucrării, acestea fiind procesate de către un sistem de comandă care transmite în „timp real” comenzile pentru reglarea mijlocului de muncă. În tabelul 11.5 se prezintă o clasificare a mijloacelor de control activ. În figura 11.121 se prezintă o vedere de ansamblu a procedeelor de control activ


Figura 11.121 – Procedee de control activ

257

258


În figura 11.122 este prezentat un sistem de control activ specific maşinilor de rectificat rotund. Dispozitivul de măsură şi control DMC măsoară diametrul prelucrat al obiectului de lucru OL pe toată durata prelucrării. Informaţiile astfel obţinute sunt transmise sistemului de comandă SC care le compară cu valorile prestabilite. Dacă valorile măsurate nu se încadrează în limitele stabilite, sistemul de comandă va lansa procedura de reglare şi prin deplasarea pietrei de rectificat se vor aduce corecţiile necesare, astfel încât să se obţină valorile prestabilite pentru diametrul măsurat. În figura 11.123 se prezintă un dispozitiv de control activ utilizând un cap de măsurare pneumatic şi schema pneumatică de acţionare. Capul de măsurare al aparatului pneumatic se rabate cu ajutorul unui dispozitiv pneumatic în poziţie de măsurare. Impulsul de demarare pentru închiderea prin rabatere a capului de măsurare se poate face pe cale manuală sau de către maşina de prelucrat. În cazul în care dispozitivul de măsurare este fixat direct pe sania utiliajului, care la rândul ei lucrează axial, un limitator de sfârşit de cursă comandă deschiderea prin rabatere a dispozitivului, corespunzător cu lungimea axială de măsurat fixată (se măsoară diametrul şi paralelismul). Figura 11.123 – Dispozitiv pneumatic de control activ În unele situaţii deplasarea axială a caului de măsurare se poate realiza şi pneumatic.


259

În figura 11.124 se prezintă schema unui dispozitiv cu două contacte, pentru controlul activ al axelor în timpul rectificării. Dispozitivul este prevăzut cu un traductor cu două contacte. Corpul (1) al traductorului este suspendat cu arcul lamelar (2) pe placa (3). Pentru reglarea în direcţie verticală, placa (3) poate fi deplasată într-un canal din ghidajul (4) fixată pe tija (5) a pistonului motorului hidraulic cu simplă acţiune (6). În cazul introducerii uleiului în camera din stânga a Figura 11.122 – Controlul activ la rectificarea unei motorului, pistonul împreună cu suprafeţe cilindrice traductorul se apropie de piesa de prelucrat (semifabricat). Retragerea traductorului este realizată de către arcul elicoidal (7), prin deplasarea pistonului în sens invers. Falca de masurare fixă (palpatorul fix 8) se află într-un contact permanent cu semifabricatul (după reglarea poziţiei plăcii 3), independent de vibraţiile şi deformaţiile semifabricatului în timpul prelucrării. Falca de măsurare (palpatorul mobil 10) este fixată pe carcasa traductorului cu ajutorul arcului lamelar (11), fiind apăsat pe partea de jos a semifabricatului de către arcul (12). În timpul prelucrării palpatorul (10) transmite deplasarea totală (a ambelor palpatoare), prin şurubul micrometric reglabil (13) la pârghia indicator (14). Indicatorul este prevăzut cu un contact electric (15) care, în momentul atingerii dimensiunii prescrise a semifabricatului, atinge contactul fix (16) şi conectează ciorcuitul electric de oprire automată a maşinii. În controlul automat „în proces” sau, în afara procesului pentru mai multe mărimi controlate simultan, captarea mărimii măsurate este realizată cu captori discreţi în posturi succesive de control prin transferul automat al măsurandului, sau cu captori integraţi. În figura 11.125 se prezintă câteva exemple de captori discreţi şi integraţi (multicaptori). În figura 11.126 se prezintă principiul de funcţionare a sistemelor pneumatice de măsurare. Variaţia interstiţiului de măsurare „z” (cauzată de variaţia dimensională a obiectelor măsurate) provoacă variatia diferenţei de presiune care acţionează asupra membranei elastice. Aceasta se va deplasa antrenând acul supapă, al cărui con va produce variaţia fantei inelare pe care o creează împreună cu duza de compensare până la anularea dezechilibrului presiunilor. Deplasarea membranei până la găsirea noii poziţii de echilibru este măsurată cu un mijloc de măsurare pentru lungimi (comparator). În cazul sistemelor diferenţiale (duplex) există două canale de măsurare, prin care se compară două interstiţii (z şi z’) a căror variatie simultană produce deplasarea membranei elastice, sistemul măsurând în acest caz diferenţa z-z’. Sistemul poate să conţină în plus două contacte electrice reglabile acţionate de echipajul mobil al comparatorului pneumatic. Impulsul electric este prelucrat în blocul de comandă semnalizare, fiind convertit în semnale luminoase sau de comandă. Sistemele pneumatice de măsurare prezintă avantajul că jetul de aer realizează şi o curăţire a suprafeţei obiectului ce se controlează.


260

Principiul de funcţionare al sistemelor electrice de măsurare se bazează pe modificarea unor mărimi electrice în funcţie de variaţia dimensiunilor obiectelor supuse controlului. În aceste sisteme captorul mărimii măsurate este un senzor în construcţia căruia se utilizează traductoare proporţionale (de tip inductiv, capacitiv, ocnice, rezistive cu emisie electronică). Criteriile de clasificare a sesizorilor mărimilor controlate activ constau în modul de interpretare a mărimii măsurate.

Figura 11.124 – Dispozitiv de control activ cu două contacte

a)

b)

c)

d)

e)

f)

g)

h)


261

i)

j)

k)

Figura 11.125 – Exemple de plasare a captorilor discreţi

Figura 11.126 – Principiul de funcţionare a sistemelor pneumatice de măsurare

În figura 11.127 se prezintă principiul de funcţionare a traductorilor limitativi pneumatici cu contacte electrice. Mijloacele limitative cu afişare analogică sunt caracterizate de erori suplimentare în mărimea de comutaţie introduse de amplificarea necesara afişării (de 10 ... 20 de ori mai mare decât la celelalte pentru o aceeaşi precizie de comutaţie). Precizia, fiabilitatea comutaţiei şi durata exploatării mijloacelor cu contacte electrice sunt dependente de materialul contactelor, cuplul lor şi parametrii circuitelor de putere sub tensiune. Dezavantajele sistemelor de măsurare automată care au în


262

structură contacte electrice a impus dezvoltarea mijloacelor de măsurare analogice sau numerice.

a)

b) Figura 11.127 – Traductori limitativi pneumatici cucontacte electrice: a) fără afişare analogică; b) cu afişare analogică ataşată

În tabelul 11.6 se prezintă câteva tipuri de bază ale captorilor de măsurare fără contact, iar în tabelul 11.7 a celor cu contact pe suprafaţa de măsurat. În figurile de următoare se exemplifică câteva cazuri posibile de aplicat pentru controlul şi măsurarea în timpul procesului de lucru utilizând senzori optoelectronici. Aplicaţiile senzorilor optici la realizarea dispozitivelor de măsurare şi control permit o precizie mare a rezultatelor măsurătorilor, viteză mare de răspuns, transmiterea simplă a datelor prelevate, interconectarea simplă în sistemele de comandă. Funcţionarea traductoarelor şi senzorilor optici se bazează pe modificarea fluxului luminos dintre un generator şi un receptor prin prezenţa obiectului controlat pe traseul optic. În aplicaţiile practice se utilizează de regulă ca generatoare diode cu radiaţii în infraroşu, iar ca receptoare fotorezistoare, fototranzistoare, fotodiode. Generatorul şi receptorul se prevăd cu sisteme optice de focalizare pentru distanţa prescrisă în vederea măririi sensibilităţii spaţiale de detectare. Flexibilitatea utilizării sistemelor optice de detectare creşte considerabil prin folosirea fibrelor optice. În acest caz există posibilitatea înglobării sistemelor în interiorul subansamblurilor şi mecanismelor cu gabarite reduse, creşte siguranţa de detectare, există posibilitatea detectării în zone cu temperaturi ridicate, sistemul poate fi utilizat şi în condiţiile unor paraziţi electromagnetici puternici. În figura 11.128.a se prezintă schema de utilizare a doi senzori optici pentru măsurarea în regim continuu a grosimii tablei laminate.


263

Rezultatul măsurării se constituie în mărime de comandă în regim activ a procesului de laminare. În figura 11.128.b se prezintă principiul de măsurare a diametrului unei piese cilindrice rectificate fără centre utilizând un senzor optic. Obiectul se află în parcursul unui fascicol paralel laser. Variaţia fluxului datorită dimensiunii obturatoare a obiectului dă măsura dimensiunii acestuia. Pe acelaşi principiu se poate măsura diametrul tijei supapelor pentru motoare (fig. 11.128.c). Supapele se deplasează de ghidare, senzorul optic se plasează sub ghidaj în aşa fel încât tijele să intre succesiv prin fluxul laser modificându-l. Receptorul va primi fluxul modificat în funcţie de mărimea diametrului tijei. Precizia de măsurare (acurateţea) utilizând senzori optici cu laser este de  2 m. În figura 11.129.d se prezintă modul de măsurare a diametrului sârmei calibrate după două axe.

a)

b)

c)

d)

Figura 11.128 – Sisteme de măsurare: a) grodimea tablei laminate; b) diametrul barelor rectificate; c) diametrul tijei supapelor; d) diametrul sârmelor după două axe

Aspecte legate de realizarea funcţiei aducătoare de control constau şi în detectarea unor parametrii ai obiectelor supuse verificării prezentate în exemplele următoare. În figura 11.129.a se prezintă modul de detectare a prezenţei etichetei pe flacoane din material plastic sau pe o sticlă utilizând senzor optic. În figura 11.129.b se prezintă modul de utilizare a senzorilor optici la operaţiile de montaj în vederea detectării absenţei unei componente de asamblare.


264

Efectul acestui control trebuie să determine comanda de selectare din formaţia de obiecte a acelora care nu au componenţă corectă. În figura 11.129.c se prezintă schema detectării recipienţilor deterioraţi sau a recipienţilor cu diverse impurităţi. Controlul se face cu mai mulţi senzori optici care lucrează prin reflexia razei emise pe recipienţi şi care sunt montaţi la diferite înălţimi. Dacă unul din senzori nu detectează prezenţa înseamnă că recipientul respectiv este deteriorat iar semnalul dat de senzori se utilizează pentru comanda sortării din formaţie a acestuia. În figura 11.129.d se prezintă modul de utilizare a senzorilor optici prentru detectarea poziţiei incorecte a tabletelor pe folia de ambalaj în industria farmaceutică. În acest caz emitorul şi receptorul sunt plasaţi de o parte şi de alta a foliei înainte de intrarea în postul de lucru de lipire a foliei superioare. Dacă o tabletă nu este aşezată corect pe folia inferioară ea va întrerupe fluxul luminos iar semnalul detectat de senzor va comanda oprirea avansului până la corectarea poziţiei acesteia. Aplicaţiile senzorilor optici pot fi practic nelimitate în activitătile de automatizare a controlului şi a celor de măsură, problema care se pune este de a defini corect obiectivele acestor automatizări şi de a alege modalitatea cea mai corespunzătoare adecvată situaţiei date.

a)

b)

c)

d)

Figura 11.129 – Sisteme de control prezenţă cu senzori optici: a) prezenţa/absenţa etichetelor; b) prezenţa/absenţa unor componente; c) detectarea recipienţilor deterioraţi; d) detectarea poziţiei incorecte a obiectelor pe folia de ambalaj


265

11.10. Dispozitive de sortare Dispozitivele de sortare realizează funcţia aducătoare de sortare, selectând obiectele de manipulat pe mai multe categorii în funcţie de anumite caracteristici, după care le dirijează, diferenţiat pe anumite trasee de transfer. Fiecărei categorii de obiecte îi corespunde un anumit traseu. În figura 11.130 este prezentat un dispozitiv de sortare a unor obiecte cilindrice în funcţie de valorile diametrului măsurat. Obiectele manipulate se deplasează în jgheabul J de unde sunt captate prin intermediul împingătorului I şi poziţionate în scopul măsurări cu DMC. Rezultatele măsurătorilor sunt transmise sistemului de comandă SC, acesta comandă deschiderea uneia din cele trei clapete C1, C2, C3 de acces în depozitele 1, 2, 3, în funcţie de grupa în care se încadrează obiectul măsurat.

Figura 11.130. Dispozitiv de sortare a unor obiecte cilindrice

Un dispozitiv de sortare este, de fapt, un ansamblu format din: un dispozitiv de separare, un dispozitiv de măsurare sau de recunoaştere a formei/ poziţiei, un al doilea dispozitiv de separare şi depozite. În figura 11.131 se prezintă un dispozitiv de sortat pentru semifabricate de tip sferă (bile) funcţionând pe principiul schemei din figura 11.130.

266


Figura 11.131 – Dispozitiv de sortat bile

În figura 11.132 este prezentată schema unei instalaţii automate de sortare. Piesa de controlat vine în poziţia de măsurare corespunzator grupei de sortare I şi este împinsă de împingătorul (1), pentru a se deplasa pe un plan înclinat între cuţitul limitator (2) şi peretele suportului (3). Distanţa dintre cuţit şi perete se ia în ordine, corespunzător grupelor (I, II, III, ş.a.m.d.). Dacă piesa nu trece prin intervalul stabilit pentru grupa (I) aceasta este ridicată de către furca (4) de construcţie adecvată şi alunecă în poziţia grupei (II) şi operaţia se continuă. Furca (4) execută mişcăru succesive de ridicare şi coborâre. Piesele corespunzătoare cad într-un container sau în locul unde vor fi trecute printre cuţit şi perete. Instalaţia asigură controlul şi sortarea după diametrul maxim prescris la grupa de sortare stabilită.

Figura 11.132 – Dispozitiv automat de sortare


267

11.11. Conveioare Conveioarele sunt instalaţii de aducere evacuare complexe care au ca funcţie principală transportul obiectelor de manipulat sau a unor dispozitive de la un post de lucru la altul. Conveioarele pot realiza şi funcţii de orientare, ordonare, selectare, primire/transfer de informaţii etc. Componentele sistemelor de transfer de tip conveior (sistem de transfer flexibil) sunt unităţi de transfer în construcţie modulată. Combinarea lor se face în funcţie de scopul aplicaţiei tehnologice. Construcţia modularizată a acestora se pretează în special activităţilor de prelucrare şi montaj a unei game foarte variate de produse. Conveioarele pot fi realizate cu un singur circuit principal sau cu circuit derivat. Se desemnează prin termenul circuit principal alinierea în serie a posturilor respectiv staţiilor de lucru. Prin circuitul derivat paletele port-piesă se deplasează spre staţii de lucru în care se efectuează operaţii independente de cele din staţiile de lucru de pe circuitul principal, şi apoi sunt reintegrate pe circuitul principal. Circuitul principal poate fi construit: în plan orizontal cu traseu închis; în linie (în plan vertical) cu elevator; în „U” în plan orizontal cu elevator; în „U” ca traseu închis dublu. Circuitele derivate pot deservi posturi de lucru în paralel: cu depozite intermediare de o parte a circuitului şi staţii de lucru pe partea opusă; mixt cu depozite şi posturi de lucru pe o parte şi cealaltă a circuitului. Pe traseul sistemului de transfer de tip conveior se întâlnesc situaţii de întoarcere la 900 (figura 11.133 a şi b) sau cu întoarcere la 180 0 (figura 11.134 a şi b). funcţionarea modulelor de întoarcere/flexare a traseului de transport este asigurată tot de o transmisie cu element flexibil cu role de ghidare, respectiv antrenare convenabil alese.

a)

b) Figura 11.133 – Modul de întoarcere la 900


268

a)

b) Figura 11.134 – Modul de întoarcere la 1800

În decursul desfăşurării procesului tehnologic este necesar ca paletele împreună cu obiectele de manipulat să se prezinte în faţa staţiilor de lucru într-o anumită orientare care poate să coincidă sau nu cu cea din staţia precedentă. Dacă se impune schimbarea orientării paletei port-obiect pe traseu se poate insera un modul de schimbare a orientării. Acest modul de schimbare a orientării paltei asigură cu precizie întoarcerea acesteia la 900 sau 1800. Versiunea modulului de schimbare a orientării cu 90 0 este convenabilă numai pentru paletele pătrate, iar cea cu 180 0 pentru paletele dreptunghiulare. În figura 11.135 se prezintă construcţia unui modul de schimbare a orientării cu acţionare pneumatică. Comanda de schimbare a orientării este dată de semnalele unor senzori de proximitate inductivi pentru detectarea poziţiei şi codului paletei ce trebuie întoarsă. Modulul de schimbare a orientării are următoarea succesiune de funcţionare: ridicare, rotaţie, coborâre. Nivelul până la care se face ridicarea este impus de


269

evitarea coliziunii paletei port-obiect cu calea de transport şi cu componentele învecinate. Modulul de schimbare a orientării este integrat în modulele de transfer conform figurii 11.136.

Figura 11.135 – Modul pneumatic de schimbare a orientării

Figura 11.136 – Înglobarea modulului în sistemul de transfer

Circulaţia pe un conveior a obiectelor purtate pe palete port-obiecte presupune alegerea traseului, stabilirea staţiilor de lucru şi ordinea în care trebuie să ajungă obiectul la fiecare dintre acestea, în impunerea legii de mişcare pe parcursul dintre două staţii consecutive. Toate aceste acţiuni trebuiesc comandate şi controlate. În acest scop conveiorul este dotat cu o serie de elemente de memorare şi transfer de informaţii, respectiv cu componente specifice unui sistem informatic. În principal se codifică şi se analizează datele referitoare la obiecte. Codificarea se face prin intermediul unor elemente de memorie fixate pe paletă (A), figura 11.137. Elementele de memorie sunt marcate cu ajutorul capului de scriere (B). Capul de citire (C) detectează codul paletei care trece prin dreptul lui. Informaţia citită se transmite la un modul de comandă sau la un calculator unde se compară cu valorile programate şi se ia o decizie ce se transmite modulelor de comandă. În figura 11.138 se prezintă un exemplu de comandă de trecere a unei palete de pe un circuit principal pe un circuit derivat. Datele referitoare la destinaţia unui obiect sunt memorate de suportul mobil de memorie al paletei port-obiect respectivă (MDT), iar capul de citire a datelor identifică

270


destinaţia programată a fiecărei palete ce trece prin dreptul lui şi le compară cu datele proprii memorate. În funcţie de rezultatul comparaţiei se activează comanda de întoarcere şi se deviază traseul de parcurs în continuare de paletă.

Figura 11.137 – Plasarea elementelor de memorare a informaţiei

Figura 11.138 – Comandarea schimbării de traseu a unei palete


271

În figura 11.139 se prezintă modul de funcţionare a conveiorului integrat cu o staţie de lucru. La trecerea unei palete prin dreptul capului de citire (SLS1) se identifică seria paletei port-obiect memorată pe suportul mobil de memorie (MDT) al acesteia. Se identifică numărul de serie citit şi se compară cu cele dintr-o listă cu numere de serie memorate. Comanda începerii sau nu a desfăşurării unui anumit proces din staţia de prelucrare sprecare se îndreaptă paleta depinde de o informaţie suplimentară alocată în lista codului paletei. După ce operaţia s-a încheiat în staţia de prelucrare, paleta port-obiect părăseşte staţia şi se îndreaptă pe traseu spre capul de citire/scriere (SLS2), unde se înregistrează pe suportul mobil de memorare a datelor informaţii noi necesare la următoarea destinaţie (staţie de lucru). Odată intrată paleta în câmpul de citire a capetelor de citire/scriere acestea executa următoarele funcţii: SLS1 – citire; comparare; salt/trecere a paletei în sensul indicat spre staţia de lucru; activarea ieşirii/intrării în staţia de lucru; SLS2 – activează un nou program; scrie noile date de stare a paletei port-obiect cu obiectul prelucrat în faza parcursă. Informaţiile de intrare şi ieşire din procesul de fabricaţie sunt conectate cu cele ale sistemului informaţional local propriu staţiei de lucru.

Figura 11.139 – Conveior integrat cu o staţie de lucru

272


Funcţionarea unui post de lucru poate fi controlat de către operator şi calculator (figura 11.140). În acest caz operaţiile următoare sunt programate prin calculator:  afişajul blocului de date pe monitor;  după încheierea operaţiei operatorul tastează date noi referitoare la următoarea destinaţie a paletei precum şi un bloc de date cu rezultatele controlului efectuat de el în postul de lucru;  eliberarea paletei port-obiect din postul de lucru.

Figura 11.140 – Post de lucru controlat prin calculator

Utilizarea conveioarelor şi controlul proceselor prin calculator a condus la realizarea sistemelor flexibile de fabricaţie numite CIM (Computer Integration Manufecturing) sau hipersisteme CIM.


273

BIBLIOGRAFIE

1. Brăgaru A. ş.a. SEFA DISROM. - Teoria şi practica proiectării dispozitivelor pentru prelucrări pe maşini-unelte, vol. I, II, Editura Tehnică, Bucureşti, 1982, 1987. 2. Eliezer S., - Elemente normalizate pentru fixarea pieselor pe maşini - unelte, Editura Tehnică, Bucureşti, 1964. 3. Forkordt Paul K. G. - Dispositifs de senage Chucking techniques, 1973. 4. Ivanov A.P., Mecanizarea, automatizarea proceselor construcţia de maşini, Editura Tehnică, Bucureşti, 1961;

tehnologice

în

5. Kovacs Fr., Cojocaru G., Manipulatoare, roboţi şi aplicaţiile lor industriale, Editura Facla, Timişoara, 1982; 6. Kovacs Fr., ş.a., Fabrica viitorului, Editura Multimedia Internaţional, Arad, 1999; 7. Kovacs Fr., ş.a., Introducere în robotică, Editura Printex, Bucureşti, 2000; 8. Kovacs Fr., ş.a., Sisteme de fabricaţie flexibilă, Editura Universităţii din Oradea, 1999; 9. Malov A. N., - Mecanizarea şi automatizarea maşinilor - unelte universale pentru aşchierea metalelor (traducere din l. rusă), I.D.T. Bucureşti, 1964. 10. Mocuţa G.E., Instalaţii de aducere evacuare, Editura Eurobit, Timişoara, 2000; 11. Niţescu M., Transportoare vibrante, Editura Tehnică, Bucureşti, 1995; 12. Olteanu M., Valasa I., - Atlas de dispozitive de precizie pentru strungire, găurire, frezare, Editura Tehnică, Bucureşti, 1992. 13. Spineanu U., Automatizarea controlului dimensional în construcţia de maşini, Editura Tehnică, Bucureşti, 1987. 14. Stănescu A., ş.a., Sisteme de automatizare pneumatice, Editura Tehnică, Bucureşti, 1987; 15. Stănescu I., Tache V., - Dispozitive pentru maşini unelte. Proiectare, construcţie., Editura Tehnică, Bucureşti, 1979. 16. Tache Gh., Şelariu M., - Manualul inginerului mecanic, Cap.18, Editura Tehnică, Bucureşti, 1972. 17. Tache V. ş.a. - Proiectarea dispozitivelor pentru maşini - unelte, Editura Tehnică, Bucureşti, 1995. 18. Tache V. ş.a., - Elemente de proiectare a dispozitivelor pentru maşini - unelte, Editura didactică şi pedagogică Bucureşti, 1985. 19. Tache V., Brăgaru A., - Dispozitive pentru maşini - unelte, Editura Tehnică, Bucureşti, 1977.

274


20. Tero M., - Construcţia şi exploatarea dispozitivelor, I.I.S.Tg. Mureş, 1983. 21. Tero M., - Proiectarea dispozitivelor curs, Universitatea “Petru Maior”, Tg. Mureş, 1998. 22. Tripe Vidican A., - Construcţia şi exploatarea dispozitivelor, I.S.. Oradea, curs litografiat., 1987. 23. Tripe Vidican A., Dispozitive, Proiectare, Construcţie, Exploatare, vol. I, Editura Universităţii din Oradea, 2000; 24. Tripe Vidican A., Ţarcă R,C., Tocuţ P,D., - Proiectarea dispozitivelor Îndrumător de laborator, Universitatea din Oradea, 1996. 25. Tripe Vidican A, Tocuţ P,D, Tripe Vidican C. Acţionări în mecanică fină. Aplicaţii, Editura Universităţii din Oradea, 2000; 26. * * * - Catalog I.C.T.C.M. 27. * * * - Construcţia de maşini 1980-1982-1985. 28. * * *, - Cataloage şi prospecte de firmă.

Curs Proiectarea Dispozitivelor 2014 .

Recommend Documents