Základy stavby výrobních strojů Obráběcí stroje P1

Obráběcí stroj- defïnice je zařízení, které zpracovává materiál nebo polotovar do žádaného tvaru, rozměru a jakosti povrchu funkčních ploch oddělováním materiálu polotovaru ve tvaru třísek Polotovar : odlitek, výkovek, výlisek, výstřižek nebo svařenec Stroje s určitou geometrií břitu Stroje s neurčitou geometrií břitu Stroje pro nekonvenční obrábění

Historie vývoje OS Na přelomu 18. a 19. stol. Anglie Maudslay – samočinně se pohybující suport Roberts – vodicí dráhy Whitworth - ústrojí pro posuvy Německo, USA Rakousko - Čechy Josef Božek –soustruh

Historie vývoje OS V Čechách před první světovou válkou: fa J.VOLMAN (TOS Čelákovice), fa WAVERKA v Lipníku na Moravě (STROJTOS), fa HOPFENGARTNER v Holoubkově V roce 1911 - ŠKODOVY ZÁVODY v Plzni, 1940 - BAŤA Zlín a Sezimovo Ústí (dnes fa TAJMAC a KOVOSVIT ) Po druhé světové válce - rozmach výroby obráběcích strojů

Historie vývoje OS 90. léta - změna orientace trhu – nutnost inovací, zavádění CAD /CAE technologií do vývojových konstrukcí, informačních technologií a řídících systémů do výrobního procesu, nárůst exportu

Historie vývoje OS současnost - celosvětový pokles spotřeby OS  urychlení technického rozvoje OS velmi přesné obrábění vysokorychlostní obrábění -HSC víceprofesní stroje – obráběcí centra flexibilita

Funkce OS Funkcí OS je obrábět – tj. zpracovávat polotovar do žádaného tvaru, rozměru a jakosti povrchu odebíráním materiálu ve tvaru třísek.

Funkce OS Technologický proces při obrábění musí zabezpečovat : Vytvoření povrchu obrobku pomocí relativních pohybů nástroje a obrobku Oddělení přebytečného materiálu ve formě třísky

Energetická bilance OS energie hnacího mechanismu  energie spotřebovaná na vytvoření a odvedení třísky z místa řezu. Tato energie má charakter energie deformační, přesněji se skládá z : Deformační energie plastických deformací Energie tření – práce spotřebovaná na odvod třísky z místa řezu

Energetická bilance OS K předávání energie dochází mezi nástrojem stroje a obrobkem

Energetická bilance OS Přivedená energie se mění na řeznou práci A = F . v. t [ J] Řezný výkon : P = F . v [ W] Silou F působí nástroj na obrobek Její reakce působí z obrobku na nástroj Musí být zachycena systémem stroje

Základní pojmy ze stavby OS Řezný pohyb Relativní pohyb mezi nástrojem a obrobkem rozkládá se do tří směrů : Ve směru řezné rychlosti = hlavní řezný pohyb Do směru rovnoběžného s obráběnou plochou = posuv (vedlejší řezný pohyb) Do směru kolmého k obráběné ploše = přísuv

Dělení OS podle hlavního řezného pohybu Hlavní řezný pohyb je rotační Rotuje obrobek – soustružení Rotuje nástroj – vrtání, vyvrtávání, frézování, broušení

Dělení OS podle hlavního řezného pohybu Hlavní řezný pohyb je přímočarý Pohybuje se obrobek – hoblování Pohybuje se nástroj – obrážení, protahování

Základní pojmy ze stavby OS Řezná rychlost v u strojů s  HŘP přímočarým  je dána rychlostí stolu nebo nástroje u strojů s HŘP rotačním  dána přímou závislostí otáček a průměru obrobku nebo nástroje : v = n .  . D [m/s]

Základní pojmy ze stavby OS Řezný odpor p Řezný odpor – je definován jako odpor, který klade materiál nástroji v procesu oddělování třísky. Jeho velikost je dána fyzikálními vlastnostmi materiálu obrobku a velikostí odebírané třísky. Je udáván v tabulkách pro určité řezné podmínky

Silové zatížení OS Statické síly působící na stroj : Řezné síly Tíhové síly Pasívní odpory Moment hnacího členu Dynamické síly působící na stroj : Setrvačné síly ( rozjezd a brzdění) Rozběhové a doběhové momenty pohonu

Řezné síly Síly, kterými působí nástroj na obrobek. Jejich reakce se přenášejí od nástroje do rámu stroje a do jeho základu. Jsou rovny řeznému odporu, tj. odporu, který klade materiál nástroji v procesu oddělování třísky. Závisí na obráběném materiálu, typu obrábění, úhlech nástroje,….

Řezné síly Při obecném obrábění má řezná síla F obecnou polohu: Fz - je tečná na směr hlavního řezného pohybu Fh - je na ni kolmá Fh se rozkládá na : Fy ( radiální) Fx ve směru posuvu).

Tangenciální(hlavní) řezná síla Tangenciální řezná síla Fz - nejdůležitější pro energetické vztahy. U rotačního HŘP určuje velikost potřebného Mk U přímočarého HŘP určuje velikost průtažné síly Fp Určení potřebné Fz A/ Pomocí měrného řezného odporu - tabulky B/ Z experimentálně stanovených vztahů pro různé druhy obrábění

Požadavky na OS Vysoká produktivita Vysoká kvalita práce - pracovní přesnost

Produktivita práce čas strojní operace odebírání třísek lze zkrátit zvýšením řezné rychlosti tj. zvyšováním otáček a posuvů Což přináší : vyšší nároky na pohony stroje , tuhost stroje a jeho dynamickou stabilitu, na nástroje, chlazení, mazání,…

Produktivita práce čas vedlejší (ustavení obrobku, výměny nástrojů, manipulace s obrobky, seřizování nástrojů, odstraňování třísek,…) lze ovlivnit zkrácením mezioperačních časů : automatizace výměny nástrojů, výměny obrobků, robotizace,…..

Pracovní přesnost dána přesností rozměrů a tvaru obrobku přesností vzájemných ploch na obrobku, kvalitou povrchu ploch obrobku, který je zhotovován na uvažovaném stroji.

Pracovní přesnost 1. Celková koncepce stroje - konstrukční návrh : Ovlivní ji: 1. Celková koncepce stroje - konstrukční návrh : tuhost (rámů, spojení,vedení,mechanismů , základu ) dynamická stabilita teplotní stabilita

Pracovní přesnost 2. Kvalita výroby a montáže - tj. : Geometrická přesnost = výroba a montáž funkčních částí a uzlů

Pracovní přesnost 3. Pracovní prostředí : kvalita a přesnost seřízení nástroje, způsob řízení stroje, schopnosti obsluhy stroje prostředí., kde je stroj provozován (změny teploty, otřesy v okolí, nečistoty) návrh technologie obrábění (postup, řezné podmínky)

Tuhost c = dF/dy translační - v posunutí F/y ( N/m) torzní - v natočení M/  ( Nm/rad)

Dílčí tuhost Podle charakteru zatížení se dělí na V tlaku ( tahu) c = E .S/l protože y= F.l / E.S V ohybu c = a. E.J/l3 protože y= F.l3 / a E.J (a=3, a=48 podle způsobu uložení nosníku) Ve smyku c = G.S/l protože = F.l / G S V krutu c = G.Jk/lk protože  = Mk.l /G Jk

Tuhost Podle působícího zatížení se rozlišuje tuhost Statická – zatížení je stálé. Dynamická – zatížení je proměnlivé. Dynamická tuhost je definována jako poměr amplitudy síly k  vyvolané výchylce. V systému vzniká vynucený kmitavý pohyb.

Tuhost – skládání Sériové řazení : sčítají se poddajnosti

Tuhost Paralelní řazení – sčítají se tuhosti

Tuhost materiálem (E, G) Lze ovlivnit : Materiál E ( MPa) Šedá litina GG 130 000 Tvárná litina GGG 180 000 Ocel 210 000 Plastbeton 45 000  

Tuhost Tvarem:

Tuhost Určuje se : měřením výpočtem - MKP

Dynamická stabilita Odolnost proti kmitání. Na OS se mohou vyskytnout tři druhy kmitů : Volné kmitání - vlastní frekvence f = 1/2  .  c/m [Hz]

Dynamická stabilita Vynucené kmitání - buzené periodickou silou : budicí síla vzniká v procesu řezání (kolísání řezných sil, zubové frekvence frézy) budicí síla nevzniká v procesu řezání ( rázy z okolí, rotující nevývažky, špatně vyrobená ozubená kola, setrvačná síla)

Dynamická stabilita Samobuzené kmitání - bez budicí síly Relaxační kmity Síly z procesu řezání Problém rezonance = shoda vlastních frekvencí s budicími frekvencemi Tlumiče

Teplotní stabilita Odolnost proti tepelným deformacím

Teplotní stabilita Zdroje tepla na OS : teplo z okolí teplo vzniklé při řezném procesu ( chlazení nástroje, odstranění třísek) pasívní odpory ve stroji. Vhodné materiály ( malý koeficient délkové roztažnosti, velké měrné teplo, teplotní vodivost) Konstrukční úpravy pro minimalizaci vlivů teplotních deformací

Geometrická přesnost stroje Přesnost výroby a montáže stroje : Přímost - Přímočarost pohybu Rovinnost Rovnoběžnosti Kolmost – Souosost – Obvodové házení – Čelní házení – Předávací protokoly

Dělení konstrukčních celků OS podle funkcí Funkce pohonná Funkce nosná Funkce spojovací Funkce řídící a kontrolní Funkce pomocné