ΜΗΧΑΝΟΥΡΓΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ 1

Transcript

1 ΜΗΧΑΝΟΥΡΓΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ 1 Τόρνος / Συμβατικός και CNC Assistant Prof. John Kechagias Mechanical Engineer, Ph.D.

2 Κατηγορίες τορναρίσματος 2 Με βάση τις κινήσεις του κοπτικού, την τοποθέτηση του ως προς το κομμάτι, και τη μορφή του Διαμήκης Μετωπική Μορφής (αυλάκια, σπειρώματα, κλπ) Με βάση την ταχύτητα κοπής Συμβατικές κοπές Κοπές με υψηλές ταχύτητες Με βάση το ρυθμό αποβολής υλικού ή την ποιότητα της κατεργασμένης επιφάνειας Ξεχοδρίσματος (rough turning) Ημι τελειώματος (semi-finishing) Τελειώματος (finishing)

3 Τόρνος Συμβατικός 3 Z X Y

4 4

5 5

6 6

7 7

8 8

9 9

10 Τόρνος 10 Ημι-αυτόματος συμβατικός

11 Τόρνος - CNC 11

12 Επιφάνειες τεμαχίου Ακατέργαστη επιφάνεια 2. Κατεργασμένη επιφάνεια 3. Μεταβατική επιφάνεια Υ Χ Ζ

13 Κινήσεις- Ταχύτητες (1/2) 13 Πρωτεύουσα κίνηση Ταχύτητα κοπής v c Στροφές (κεντροφορέα) Η ταχύτητα κοπής παράγεται από την περιστροφή του τεμαχίου στον άξονα Ζ Πεδίο στροφών διακριτό (με μηχανικό διαιρέτη στροφών - κιβώτιο) συνεχές (με ηλεκτροκινητήρα ρυθμιζόμενων στροφών) Ημιαυτόματο (συνδυασμό των δύο παραπάνω) Δευτερεύουσα κίνηση ταχύτητα προώσεως f (κοπτικό) Κίνηση κοπτικού στους άξονες Χ Ζ (επίπεδο αναφοράς ΧΖ) Χειρονακτικά με μηχανικούς σφονδύλους Αυτόματα από κινητήρα κεντροφορέα με διαιρέτη και σύστημα μετάδοσης κίνησης Αυτόματα με ανεξάρτητους κινητήρες (βηματικούς, σερβοκινητήρες)

14 Κινήσεις- Ταχύτητες (2/2) 14 Ταχύτητα κοπής (v c ): Είναι η ταχύτητα του αποβλήτου προ της κοπής (m/min). Στροφές τεμαχίου (S). Είναι η γωνιακή ταχύτητα του τεμαχίου (ω) εκφρασμένη σε περιστροφές/ λεπτό (RPM) S( rpm) 1000v D c o ( m / min) ( mm) Πρόωση (f). Είναι η μετατόπιση του κοπτικού ανά περιστροφή τεμαχίου (mm/rev) Ταχύτητα προώσεως (f v ). Είναι η μετατόπιση του κοπτικού στη μονάδα του χρόνου (mm/min). Διάμετρος ακατέργαστης επιφάνειας D (mm) Διάμετρος κατεργασμένης επιφάνειας Do (mm) Βάθος κοπής d = (D-Do)/2, (mm)

15 Επιφάνειες κοπτικού 15 Υ DIN 6581 Μανέλα Ζ Χ Επιφάνεια προσώπου Αγ Κοπτική ακμή S Κοπτική ακμή S Πλευρική επιφάνεια Αα Πλευρική επιφάνεια Α α Γωνία

16 16 Σύστημα συντεταγμένων στο εργαλείο DIN 6581 DIN 6581 Διεύθυνση πρωτεύουσας κίνησης Y P s : Επίπεδο κοπτικής ακμής Διεύθυνση προώσεως P o : Επίπεδο ορθογωνικής κοπής Μηδενικό σημείο κοπτικής ακμής Ζ Επίπεδο βάσης μανέλας P r : Επίπεδο αναφοράς εργαλείου κάθετο στη διεύθυνση της πρωτεύουσας κίνησης και παράλληλο στη βάση της μανέλας

17 Σύστημα συντεταγμένων ενεργής κοπής 17 Πραγματική διεύθυνση πρωτεύουσας κίνησης Διεύθυνση πρωτεύουσας κίνησης DIN 6581 P se : Πραγματικό επίπεδο κοπτικής ακμής P oe : Επίπεδο ορθογωνικής κοπής Διεύθυνση προώσεως Μηδενικό σημείο κοπτικής ακμής Επίπεδο βάσης μανέλας P re : Επίπεδο αναφοράς εργαλείου κάθετο στη διεύθυνση της πραγματικής πρωτεύουσας κίνησης

18 Τομή Α-Α στο επίπεδο Po DIN 6581 Πλάγια όψη Ζ στο επίπεδο Ps 18 α ο : γωνία ελευθερίας στο P o β ο : γωνία σφήνας στο P o γ ο : γωνία προσώπου (αποβλίττου) στο P o κ r : γωνία κοπτικής ακμής από άξονα τεμαχίου ε r : γωνία εργαλείου στο επίπεδο αναφοράς λ s : κλίση κοπτικής ακμής Α α : πλευρά (επιφάνεια) Α γ : πρόσωπο (επιφάνεια) P r : Επίπεδο αναφοράς εργαλείου P o : Επίπεδο αναφοράς ορθογωνικής κοπής εργαλείου P s : Επίπεδο αναφοράς κοπτικής ακμής εργαλείου

19 κ r : γωνία κοπτικής ακμής από άξονα τεμαχίου α p : Βάθος κοπής (Doc) f: πρόωση (mm/rev) a w : θεωρητικό πλάτος αποβλίττου a c : θεωρητικό πάχος αποβλίττου a p f a w a c a a w c a p sin k r f sin k r 19

20 Τόρνος - Δυνάμεις κοπής 20 v c : Ταχύτητα κοπής v f : Ταχύτητα πρόωσης v e : Ταχύτητα πραγματική F : Συνισταμένη δύναμη X Y Z F c : Δύναμη κοπής, (εφαπτομενική) F f : Δύναμη πρόωσης, (αξονική) F r : Δύναμη παθητική, (ακτινική) F a : Δύναμη δραστική Πηγή : F D : Δύναμη ώσης, (ωστική)

21 Δυνάμεις (αξονική τόρνευση) 21 Κατά την κοπή σε τόρνο στο κοπτικό αναπτύσσονται τρεις δυνάμεις F c : Η δύναμη κοπής (εφαπτομενική), η οποία έχει τη διεύθυνση της ταχύτητας κοπής v c. Γενικά, ισχύει ότι αυτή η δύναμη είναι η μεγαλύτερη και καταναλώνει περίπου το 99% της ισχύς που απαιτείται για την κοπή. F f : Η δύναμη πρόωσης (αξονική). Αυτή η δύναμη είναι περίπου ίση με το 50% της δύναμης κοπής. Η συμβολή της στην κατανάλωση ισχύος είναι πολύ μικρή διότι η ταχύτητα πρόωσης είναι πολύ μικρή σε σύγκριση με την ταχύτητα κοπής. F r : Η παθητική δύναμη (ακτινική), η οποία είναι κάθετη στην επεξεργασμένη επιφάνεια. Αυτή η δύναμη είναι περίπου 50% μικρότερη από την δύναμη πρόωσης (F f ). Η συνεισφορά της στην κατανάλωση ενέργειας είναι ελάχιστη διότι η ταχύτητα στην ακτινική διεύθυνση είναι αμελητέα. Οι δυνάμεις μεταβάλλονται με την ταχύτητα κοπής, με την πρόωση και με το βάθος κοπής

22 Τορνίρισμα - Αξονικό 22 Ορθογωνική κοπή Τόρνος Άξονες Μονάδες Θεωρητικό πάχος f * sin(k r ) Ζ mm αποβλήτου: a c Πλάτος αποβλήτου: a w a p /sin(k r ) Χ mm Ταχύτητα κοπής v c Ταχύτητα κοπής v c Y m/min Δύναμη κοπής F c Δύναμη Κοπής F c Y (F y ), Εφαπτομενική Δύναμη F t Δύναμη πρόωσης F f Ζ (F z ), Αξονική N Δύναμη παθητική F r Χ (F x ), Ακτινική N F, Συνισταμένη δύναμη Χ, Υ, Ζ N F D, Ωστική δύναμη X, Z N Συνισταμένη Δύναμη F F a, Δραστική δύναμη Ζ, Υ Ν N

23 Ζ Πηγή : Y Δομή υλικού Επίπεδο διάτμησης γρέζι Εργαλείο πλευρά πρόσωπο Υλικό: Κράμα χαλκού Cu-ETP Ταχύτητα κοπής: 80m/min Πρόωση: 0,02mm/rev Επιφάνειας κατεργασμένη Εργαλείο Τόρνου 1. Πρωτογενής περιοχή παραμόρφωσης 2. Δευτερογενής περιοχή παραμόρφωσης 3. Παραμόρφωση στην ζώνη διαχωρισμού 4. Παραμόρφωση λόγω πλευράς κοπτικού 5. Ελαστική πλαστική περιοχή 23

24 Πλευρική φθορά 24 Πλευρική φθορά (Flank wear). Αυτή η φθορά επηρεάζει τη ζωή των κοπτικών και τις διαστάσεις των κατεργαζόμενων αντικειμένων

25 Φθορά κρατήρα 25 Φθορά κρατήρα (Crater wear). Μειώνει επίσης τη διάρκεια ζωής των κοπτικών εργαλείων.

26 26 Τυποποίηση φθοράς κοπτικού ISO 3685 Τομή Α-Α

27 Χαρακτηρισμός αποβλίττου συνεχές Συνεχές οδοντωτό Ημι-συνεχές οδοντωτό 4 Ασυνεχές Ασυνεχές απόβλιττο Συνεχές απόβλιττο ελαστική πλαστική Ζώνη ροής ε ο Βαθμός παραμόρφωσης στο επίπεδο διάτμησης ε

28 Κατεργασιμότητα (1/3) 28 Ζωή εργαλείου Εξίσωση Taylor v T n c f m C Διάγραμμα πλευρικής φθοράς- χρόνου (ταχύτητες κοπής: u 3 > u 2 > u 1 ) Τ : Χρόνος v c : Ταχύτητα κοπής f : Πρόωση n, m: τα παίρνουμε από πίνακες C : Σταθερά Συνήθως επιλέγουμε: τη μέγιστη πρόωση σύμφωνα με άλλα κριτήρια όπως: η επιφανειακή ποιότητα, η μέγιστη επιτρεπόμενη δύναμη κοπής, το σημείο εμφανίσεως κραδασμών στην εργαλειομηχανή και έπειτα επιλέξουμε κατάλληλη ταχύτητα σύμφωνα με τον τύπο του Taylor

29 Κατεργασιμότητα (2/3) 29 Δυνάμεις κοπής Ισχύει αντίστοιχα για τις άλλες δυνάμεις Εξίσωση Victor-Kienzle F c k c1,1 a w a (1 c m c ) F r F f k k r1,1 f 1,1 a w a w a (1 c a n c (1 c ) q c ) F c : Δύναμη κοπής a w : θεωρητικό πλάτος αποβλίττου (mm) a c : θεωρητικό πάχος αποβλίττου (mm) K c1,1 : Ειδική αντίσταση κοπής (N/mm 2 ) για (a w χ a c = 1mmx1mm=1mm 2 ) m c : Σταθερά από πίνακες ( Ισχύς κινητήρα μηχανής P ( Kw) e Fc ( N) vc ( m / min) 60000n Η εξίσωση Victor Kienzle είναι πειραματική. Χρησιμοποιείται περισσότερο στην πράξη Θεωρητικά οι δυνάμεις έχουν υπολογιστεί από τους Ernst-Merchant. Ο κύκλος Ernst-Merchant παρουσιάζεται στη θεωρία της ορθογωνικής κοπής.

30 30

31 Κατεργασιμότητα (3/3) 31 Ποιότητα επιφάνειας Γεωμετρικός ορισμός απόστασης κορυφής από κοιλάδα, R t Γεωμετρικός ορισμός R a

32 Μορφή γρεζιού 32

33 Literature ry.php?cat=

34 THANK YOU FOR YOUR ATTENTION! Any Questions?