NOTIUNI PRIVIND GENERAREA SUPRAFETELOR PRIN ASCHIERE

NOTIUNI PRIVIND GENERAREA SUPRAFETELOR PRIN ASCHIERE

1. Suprafetele pieselor.

Elementele constructive ale instalatiilor, masinilor, utilajelor, cunoscute sub denumirea de piese, sunt corpuri solide delimitate in spatiu de un numar finit de suprafete ce au o anumita pozitie reciproca.

Fiecare suprafata componenta a piesei se poate caracteriza prin:

- forma geometrica (teoretica);

- dimensiuni;

- pozitie relativa (fata de celelalte suprafete);

- calitate (rugozitate, starea stratului superficial).

Conditiile, de forma stabilesc forma geometrica teoretica pe care trebuie sa o aiba suprafata si abaterile de forma admise de la forma geometrica nominala.

Conditiile dimensionale stabilesc dimensiunile nominale ale fiecarei suprafete componente ale unei piese si abaterile admise de la dimensiunile nominale.

Conditiile de pozitie relativa stabilesc distantele si orientarile relative nominale dintre suprafetele componente ale piesei, precum si abaterile admise de la distantele si orientarile nominale.

Conditiile de calitate a suprafetei stabilesc rugozitatea impusa suprafetelor piesei, iar in unele cazuri si starea de duritate sau tratamentele termice si chimice aplicate in scopul maririi rezistentei la uzura, oboseala, coroziune, etc.

Toate aceste caracteristici, dictate de rolul pe care piesa trebuie sa-l indeplineasca, constituie conditiile tehnice de generare (de executie) a suprafetelor si sunt precizate in desenul de executie elaborat de proiectant.

Generalitati privind prelucrarea prin aschiere.

Generarea prin aschiere a unei suprafete consta din indepartarea sub forma de aschii a unui strat de material denumit adaos de prelucrare.

Suprafata de la care se porneste generarea se numeste suprafata initiala.Suprafata obtinuta in urmagenerarii se numeste suprafata generata (prelucrata).Partea suprafetei generata pe piesa ce urmeaza sa fie detasata la cursa (rotatia) urmatoare a sculei sau piesei se numeste suprafata aschiata (figura 1).

Figura 1 Modul de generare a suprafetei pe piesa

Piesa initiala delimitata in spatiu de un numar,de suprafete initiale ce se afla intr-o anumita combinatie se numeste semifabricat. Semifabricatele pentru prelucrarea prin aschiere pot fi obtinute prin diverse procedee tehnologice ca: turnare; sudare; deformare plastica la cald sau rece; etc.

Procedeul de prelucrare prin aschiere este procedeul de generare a suprafetelor piesei, procedeu ce sta la baza constructiei masinilor-unelte, avand drept scop generarea unei suprafete (suprafata generata) prin indepartarea adaosului de prelucrare, efectuata de taisul unei scule aschietoare, care se deplaseaza relativ fata de semifabricat printr-o miscare rezultanta bine definita.

Procesul de aschiere constituie ansamblul fenomenelor fizice prin care se produce transformarea adaosului de prelucrare in aschii, detasarea acestora sl generarea suprafetei.

3. Generarea teoretica a suprafetelor.

Suprafetele din punct de vedere al generarii lor pot fi suprafete geometrice (teoretice) si suprafete reale (prelucrate).

Suprafete geometrice (teoretice) sunt acele suprafete ce nu au dimensiuni ci numai forme strict teoretice, definite in majoritatea cazurilor prin relatii analitice. Din punct de vedere matematic, suprafetele geometrice se pot defini ca panze imateriale, fara grosime, ce separa doua spatii distincte, fara a apartine nici unuia dintre ele.

Generarea teoretica a suprafetelor se poate realiza daca in timpul generarii sunt satisfacute ecuatiile lor matematice.

Intr-un sistem de axe triortogonal OXYZ forma unei suprafete este specificata de relatia:

S(X,Y,Z)=0 sau Z=f(X,Y) (1)

Din punct de vedere al principiului generarii teoretice exista urmatoarele moduri de generare;

deplasarea in spatiu a unui punct generator M(X,Y,Z), in conditiile satisfacerii ecuatiilor matematice ale suprafetei (figura 2);

deplasarea in spatiu a unui corp, dupa o anumita lege, suprafata generata fiind infasuratoarea pozitiilor succesive ale acestuia (figura 3).

intersectia a doua corpuri;

deplasarea unei curbe in spatiu.

Singurul mod de generare teoretica a unei suprafete geometrice care corespunde cel mai bine conditiilor de generare a suprafetelor reale este cel de a deplasa o curba in spatiu.Curba care se deplaseaza este denumita generatoare (G), iar traiectoria descrisa de un punct M oarecare al ei in timpul deplasarii este denumita directoare (D). In cazul generarii suprafetelor pe masinile-unelte curbele generatoare si directoare sunt curbe plane, nu isi schimba forma in timpul generarii, sunt continute in cate un plan denumit planul generatoarei (G₀) si planul directoarei (D₀).Planul G₀ este perpendicular pe planul D₀, intersectia celor doua plane, urma oo, face unghiul q cu tangenta t_p la directoare, in punctul M de sprijin al generatoarei pe directoare (figura 4).

V_M

Figura 4 Panul generatoarei si planul directoarei

Generarea suprafetei rezulta prin deplasarea planului G₀ pe planul D₀, tot timpul acestea trebuie sa fie ortogonale, iar punctul M al generatoarei G sa se deplaseze pe directoarea D.

Unghiul q poate fi constant sau variabil ca marime in timpul deplasarii planului G₀.

Daca q este constant, parametrii de deplasare ai planului G₀ (marimea si sensul lui v_m), nu influenteaza forma suprafetei generate.

Daca unghiul q variaza in timpul deplasarii planului G₀, forma suprafetei este determinata, indiferent de viteza de deplasare a generatoarei, de legile de variatie a lui q si v_m ce au un parametru comun.

4. Generarea suprafetelor reale pe masinile-unelte.

Obtinerea suprafetelor reale pe masinile-unelte impune adoptarea aceluiasi mod de generare teoretica, adica al existentei miscarii generatoarei in lungul directoarei.

Cinematica masinilor-unelte trebuie sa fie astfel conceputa, incat in functie de forma suprafetei, realizarea simultana a celor doua curbe sa fie obtinuta in urma unor miscari, curbele rezultand ca traiectorii ale acestor miscari.

Muchia aschietoare a taisului sculei, materializeaza pe o anumita lungime a sa o portiune a curbei generatoare a suprafetei. Aceasta portiune se numeste generatoare elementara G_E.

Generatoarea elementara G_E, trebuie sa se deplaseze simultan in lungul generatoarei teoretice G cu viteza v_g in scopul realizarii traiectoriei G si in lungul directoarei teoretice D cu viteza v_d in scopul realizarii traiectoriei D (figura 5).

Figura 5 Generatoarea elementara si generatoarea teoretica

Masinile-unelte trebuie sa permita realizarea simultana a fiecarei traiectorii in scopul generarii suprafetei de forma data, deci sa permita realizarea miscarilor impuse de legile cazului respectiv de generare.

Pentru realizarea traiectoriilor se folosesc cuple cinematice inferioare de translatie sau rotatie constituite din mecanisme sanie-ghidaj (figura 6,a) si fus-lagar (figura 6,b), curbele generatoare si directoare cele mai simple fiind traiectorii rectilinii si circulare. Folosirea acestor miscari simple ar limita gama de suprafete reale ce se pot genera pe masinile-unelte. Pentru a realiza traiectorii generatoare si directoare de forme mai complicate se folosesc combinatii ale acestor miscari simple.

a)    b)

Figura 6 Mecanism sanie ghidaj si mecanism fus-lagar

Cinematica masinilor-unelte trebuie sa asigure respectarea anumitor relatii dintre parametrii de viteza ai miscarilor simple ce se compun pentru a realiza traiectoriile necesare. De exemplu o traiectorie de forma oarecare plana C (figura 7), putand fi o traiectorie generatoare G sau directoare D, poate fi obtinuta daca un punct K al sau se deplaseaza cu viteza v_k astfel incat sa descrie traiectoria C.

Figura 7 Traiectorie de forma oarecare plana

Generarea traiectoriei C poate fi usor de realizat pe masini-unelte, considerand ca punctul K se deplaseaza simultan pe directiile Ox si Oy, cu vitezele v_x respectiv v_y, ale caror marimi se gasesc in raportul:

(2)

Relatia (2) este independenta de viteza v_k , ci numai de forma traiectoriei (unghiul a). Acest lucru prezinta o mare importanta pentru constructia masinilor-unelte, deoarece viteza v_k sau una din componentele ei poate fi impusa, cealalta componenta va avea valoarea data de relatia (2).

In cazul coordonatelor polare, o traiectorie polara C, ce poate constitui o traiectorie G sau D, poate fi obtinuta cinematic (figura 8, a), prin compunerea miscarii de rotatie de viteza unghiulara ω_k, cu miscarea rectilinie radiala cu viteza V_r, conditionate ca marime de relatia:

(3)

unde

- ρ_k reprezinta raza momentana a punctului generator K;

a unghiul dintre viteza V_x si viteza normala Vn.

b)

ρ_k

Figura 8 Obtinerea cinematica a unei traiectorii polare "C"

Relatia (3) arata ca, punctul K se poate deplasa pe traiectoria C cu o viteza oarecare neconditionata de forma ei, viteza V_x sau una din componentele ei poate avea ca marime, marimea vitezei de avans. Acest caz de compunere a unei miscari de rotatie cu una rectilinie in planul rotatiei se foloseste la detalonarea radiala prin strunjire a frezelor cu dinti detalonati (figura 8, b).

Miscarea rectilinie (radiala) a cutitului generator V_r continua dar intermitenta, este coordonata cu miscarea de rotatie na a piesei de detalonat. Prin compunerea celor doua miscari se genereaza traiectorii generatoare D ce sunt spirale arhimedice.

5. Metode de obtinere a curbelor generatoare.

Curbele generatoare se pot obtine numai cu ajutorul sculei aschietoare sau utilizand cinematica procesului tehnologic si constructia sculei aschietoare, prin doua metode:

- metoda materializarii prin intermediul sculei aschietoare (generatoare materializate);

- metoda cinematica (generatoare cinematice).

Generatoarele materializate prezinta urmatoarele avantaje:

- reducerea numarului de miscari (la deplasarea G pe D);

- cresterea productivitatii si micsorarea costurilor de prelucrare;

- folosirea de executanti cu calificare redusa;

- precizia de prelucrare depinde de precizia de executie a sculei.

Dezavantajele generatoarei materializate sunt urmatoarele:

- proiectarea si tehnologia de executie a sculei aschietoare sunt dificile si costisitoare (precizia sculei fiind impusa de suprafata de generat);

- solicitarea sistemului tehnologic MUSDP este mare datorita contactului intre intreaga lungime a muchiei aschietoare si piesa;

- uzura neuniforma si intensiva,a muchiei aschietoare;

- utilizarea acestei metode este economica numai la productie de serie si masa, datorita costului ridicat al sculei aschietoare.

Sculele aschietoare care materializeaza prin muchia lor curba generatoare se numesc scule profilate.

Exemple de generare a suprafetelor cu generatoare materializata de muchia aschietoare a sculei sunt prezentate in figura 9.

Figura 9 Generarea suprafetelor cu generatoare materializata

Miscarea 1 duce la obtinerea directoarei D, iar miscarea 2 este necesara transformarii adaosului de prelucrare in aschii.

Miscarea 2 nu participa la generarea suprafetei S_p.

Generatoarea cinematica se utilizeaza atunci cand dimensiunile suprafetelor sunt mari si poate fi intalnita sub trei variante:

- generatoare ca traiectorie a unui punct M al muchiei aschietoare a sculei (figura 10,a);

- generatoare ca infasuratoare a unei curbe in miscare (figura 10,b);

- generatoare realizata prin programare (figura 10,c).

Figura 10 Moduri de obtinere a generatoarelor cinematice

Forma geometrica a generatoarei G se realizeaza actionand asupra componentelor miscarii de generare conform relatiei (2) si figura 6. Pentru a obtine o forma data a generatoarei G trebuie actionat asupra raportului dat de relatia (2) si nu asupra marimii miscarii de generare, fapt ce reprezinta un avantaj pentru proiectarea si exploatarea sistemului tehnologic.

Generatoarele cinematice obtinute prin programare pe elemente speciale (cama, sablon, cartela, banda magnetica, etc.) se folosesc in cazul suprafetelor complexe cand generatoarele sunt dificil sau imposibil de realizat prin materializare de catre muchia aschietoare a sculei sau pe cale cinematica.

6. Metode de obtinere a curbelor directoare.

Directoarea (D) este traiectoria pe care se deplaseaza generatoarea in timpul generarii suprafetei de prelucrat. Curbele directoare se obtin cu ajutorul miscarilor de generare executate de semifabricat si/sau scula aschietoare.

Directoarele se obtin prin aceleasi metode ca si generatoarele, in practica prelucrarilor prin aschiere predomina metoda de obtinere pe cale cinematica.

Directoarele cinematice sunt definite in general de curbe analitice simple (cercul, dreapta, elipsa, spirala arhimedica, elicea cilindrica sau conica, epicicloida, evolventa, etc.). Pot fi obtinute prin miscari simple de rotatie sau translatie sau prin combinarea a doua miscari simple de rotatie si/sau translatie, in figura 11 se prezinta realizarea printr-o miscare de rotatie a piesei, a directoarei circulare D, necesara realizarii unei suprafete cilindrice. Directoarea elicoidala de tipul elicei cilindrice se obtine prin combinarea unei miscari de rotatie si a unei miscari de translatie executate de scula si/sau semifabricat (figura 12).

Pentru acest exemplu, realizarea elicei cilindrice de pas p, necesita o anumita legatura intre cele doua miscari. La o rotatie completa corespunzatoare miscarii 1, corespunde o deplasare pe directia miscarii 2 egala cu pasul elicei p, iar la n rotatii pentru miscarea 1, va corespunde o viteza de deplasare v₂ = nxp.

Directoarea cinematica ca traiectorie a unui punct se obtine, intr-un sistem de coordonate xy, actionand asupra raportului exprimat prin relatia (2), in care v_x si v_y reprezinta componentele vitezei de deplasare a generatoarei (figura 13).

Directoarea cinematica ca infasuratoare a unei curbe cinematice C se poate realiza in doua variante:

- curba D este materializata ca infasuratoare a pozitiilor succesive ale muchiei aschietoare C a sculei (figura 14);

- curba D este descrisa prin combinarea unor miscari executate de catre scula si/sau semifabricat, fiind necesare una, doua sau mai multe miscari simple (figura 15).

Directoarele obtinute prin programare (similar cu obtinerea generatoarelor) se folosesc pentru suprafete complexe, in productie de serie mare si masa (figura 16).

   

Figura 13 Componentele vitezei de deplasare a generatoarei

   

Pentru simplificarea cinematicii sistemului tehnologic, scula aschietoare poate sa materializeze (pe langa generatoarea G) si directoarea D.

In figura 17 se prezinta cazul prelucrarii unui filet cu tarodul.

Generatoarea este materializata de profilul dintilor tarodului, iar directoarea, de dispunerea dintilor dupa o elice cilindrica cu pasul p.

In figura 18 se prezinta cazul materializarii generatoarei sl directoarei la prelucrarea alezajelor cu alezor monobloc.

Miscarile 1 si 2 sunt necesare asigurarii continuitatii generarii suprafetei de prelucrat.