WYZNACZANIE WSKANIKÓW OCENY W£ASNOŒCI OBRABIAREK W TOKU KONSTRUOWANIA

Jedn¹ z g³ównych przyczyn braku spójnoœci miêdzy poszczególnymi fazami kon-struowania jest brak podstawowych metod i opartych na CAD narzêdzi, s³u¿¹cych do zapisu zadañ obróbkowych, które s¹ podstaw¹ do opracowania za³o¿eñ konstrukcyj-nych i do ostatecznego kszta³towania rozwi¹zania obrabiarki [21]. Prezentowana praca uwzglêdnia, w modelu oceny, rozk³ad obci¹¿eñ w przestrzeni roboczej obrabiarki. Jest on wyznaczany na podstawie analizy zadañ technologicznych, wyra¿onych przez spek-trum powierzchni obrabianych przedmiotów, które planuje siê na tej maszynie wytwa-rzaæ. Tak wiêc proponowana metoda oceny powinna stanowiæ spójne ogniwo poszczególnych faz procesu konstruowania obrabiarek. Na rysunku 5.9 pokazano ³¹cz-ne umiejscowienie opracowa³¹cz-nej metody oceny w procedurze konstruowania obrabiar-ki i w badaniach prototypu, które stanowi¹ uwieñczenie przejœcia wszystobrabiar-kich faz kon-struowania.

Istniej¹ce obecnie metody obliczeniowe [21, 58, 65, 72, 86, 87, 144, 155] s¹ stoso-wane podczas konstruowania przede wszystkim do modelowania struktury geometrycz-no-ruchowej obrabiarki i do weryfikacji w³asnoœci poszczególnych uk³adów funkcjo-nalnych (np. korpusów noœnych, po³¹czeñ sta³ych i prowadnicowych, zespo³ów wrze-cionowych, uk³adów napêdowych). Ocena rozwi¹zañ konstrukcyjnych odbywa siê na podstawie kryteriów intuicyjnych, a tak¿e przez analizê porównawcz¹ z podobnymi rozwi¹zaniami lub ich wariantami. Metody obliczeniowe wykorzystywane do symula-cji topografii powierzchni obrabianych s¹ przeznaczone do analizowania skutków od-dzia³ywañ kinematycznych uk³adów posuwowych [11–13], drgañ zepo³ów obrabiarki [77] lub do przewidywania dok³adnoœci kszta³towej przedmiotów obrabianych [63, 80, 138]. Metody te uwzglêdniaj¹ czynniki zwi¹zane z realizacj¹ procesu skrawania. Sy-mulacja taka nie jest jednak standardowym narzêdziem, stosowanym w procesie pro-jektowania.

W metodach symulacyjnych nale¿y zwróciæ uwagê na to, ¿e niektóre prace mylnie uto¿samiaj¹ odchy³ki kszta³tu przedmiotu obrobionego z przemieszczeniami tego przedmiotu, wywo³anymi statycznymi odkszta³ceniami zespo³ów obrabiarki. Zastoso-wana w pracy [21] tzw. „metoda symulacji obróbki” nie uwzglêdnia w³asnoœci uk³adu narzêdziowego, napêdu i procesu skrawania. Ze wzglêdu na kluczow¹ rolê odchy³ek wymiarowych przedmiotu obrabianego w procedurze oceny obrabiarki, celowe jest po³¹czenie metod obliczeniowych zwi¹zanych z wyznaczaniem w³asnoœci ca³ego

Rys. 5.9. Ogólna struktura procesu konstruowania z uwzglêdnieniem opracowanej metody oceny obrabiarek Fig. 5.9. General structure of the design process considering the developed

85 du konstrukcyjnego obrabiarki z metodami symulacji topografii powierzchni obrabia-nych. Zintegrowanie obu rodzajów metod obliczeniowych jest warunkiem koniecznym do spe³nienia, jeœli opracowana metoda oceny mia³aby zostaæ w³¹czona do procedur projektowania obrabiarek.

W³¹czenie opracowanej metody oceny do procedur projektowania obrabiarek mia-³oby wiele zalet. Godna podkreœlenia by³aby spójnoœæ tej metody z procesem konstru-owania, polegaj¹ca na korzystaniu ze wspólnych danych, wynikaj¹cych z analizy za-dañ obróbkowych i wspólnych, czytelnych wartoœci odniesienia w postaci klasy osi¹-ganej dok³adnoœci wymiarowo-kszta³towej przedmiotu obrabianego. Kolejn¹ zalet¹ by³aby spójnoœæ metod oceny stosowanych w toku konstruowania i w badaniach pro-totypu lub odbiorczych, co przejawia³oby siê w korzystaniu z tych samych, reprezenta-tywnych stanów struktury, rodzajów obróbki, sposobów mocowania i stosowanych na-rzêdzi. Obci¹¿anie modelu wirtualnego i uk³adu rzeczywistego odbywa³oby siê w tych samych warunkach, z zastosowaniem porównywalnych obci¹¿eñ. Sk³adowe si³y skra-wania, jakie nale¿a³oby zastosowaæ w modelu obliczeniowym mo¿na wyznaczyæ na podobnej obrabiarce, korzystaj¹c z przyjêtego materia³u, narzêdzia i parametrów obrób-ki, a wiêc bez koniecznoœci budowy prototypu. W³¹czenie metody oceny do procesu konstruowania obrabiarek uproœci³oby przygotowanie badañ prototypu, gdy¿ wiele czyn-noœci przygotowawczych (analiza zadañ technologicznych, analiza konstrukcji, dobór reprezentatywnych stanów struktury, dobór obci¹¿eñ roboczych) wykonywanych by³o-by w fazie projektowania.

Podsumowuj¹c, mo¿na stwierdziæ, ¿e opracowana metoda oceny w³asnoœci obrabia-rek daje konstruktorowi narzêdzie umo¿liwiaj¹ce podejmowanie racjonalnych decyzji na podstawie jednoznacznej, obiektywnej oceny cech konstrukcyjnych i funkcjonalnych obrabiarki. Ocena mo¿e byæ przeprowadzana zarówno podczas procesu projektowania, jak i badañ prototypu lub testów odbiorczych. Metoda jest obiektowo zorientowana, gdy¿ wymaga opracowania szczegó³owego sposobu pomiaru odchy³ek przedmiotu obra-bianego w odniesieniu do ka¿dego typu obrabiarki, uwzglêdniaj¹c spektrum stawianych tej maszynie zadañ obróbkowych. Odnosi siê to do okreœlanych ka¿dorazowo repre-zentatywnych rodzajów obróbki, mocowania, narzêdzi i rozk³adów czêstoœci wystêpo-wania obci¹¿eñ roboczych.

6. WERYFIKACJA METODY OCENY

6.1. OPIS OBIEKTU BADAÑ

Obiektem, na którym testowano metodê oceny, by³a tokarka uniwersalna œredniej wielkoœci TUR 50, produkcji Fabryki Automatów Tokarskich we Wroc³awiu. Moc na-pêdu dwubiegowego silnika nana-pêdu g³ównego tej tokarki wynosi³a 7,5/11 kW, a zakres prêdkoœci obrotowych wrzeciona od 18 do 1800 obr/min. Posuwy wzd³u¿ne mieœci³y siê w zakresie od 0,08 do 3,26 mm/obr. Œrednica przelotu nad ³o¿em wynosi³a 500 mm, a nad suportem poprzecznym 315 mm. Maksymalny rozstaw k³ów umo¿liwia³ obróbkê przedmiotów o d³ugoœci 1500 mm. Przestrzeñ robocza tej tokarki mia³a zatem wymia-ry: 250 mm w kierunku promieniowym (licz¹c od osi wrzeciona) i 1500 mm w kierun-ku osiowym (licz¹c od powierzchni czo³owej koñcówki wrzeciona).

Tokarka TUR 50 umo¿liwia wykonywanie wszystkich operacji przewidzianych dla maszyn uniwersalnych tego typu, a wiêc przeprowadzanie toczenia wzd³u¿nego, po-przecznego i sto¿ków (dla powierzchni zewnêtrznych i wewnêtrznych) oraz na osiowe wiercenie i wykonywanie gwintów. Jej zakres zastosowañ obejmuje obróbkê du¿ej gamy przedmiotów, ale o jednostkowym charakterze produkcji.

Wymagania zwi¹zane z dok³adnoœci¹ obróbki uzyskiwanej na tokarkach mieszcz¹ siê dla wszystkich wykonywanych operacji w przedziale klas ISO od IT5 do IT12 (rys. 6.2.) [104]. Dominuj¹ zadania technologiczne zwi¹zane z obróbk¹ zgrubn¹ i œrednio dok³adn¹ (80%), dla których IT12 jest klas¹ graniczn¹, odnosz¹c¹ siê do wymiarów nietolerowanych. Dla obróbki wykañczaj¹cej, a ta bêdzie stosowana podczas oceny w³asnoœci badanej tokarki, najwiêcej jest przedmiotów wykonywanych w klasach do-k³adnoœci IT7-IT8, chocia¿ wystêpuje te¿ 3% grupa przedmiotów bardzo dok³adnych, wykonanych w klasach ISO IT5-IT6 i 4% grupa przedmiotów ma³o dok³adnych (jak na obróbkê na gotowo), wykonywanych w klasie ISO IT12 . Bior¹c pod uwagê, ¿e dane s³u¿¹ce do przeprowadzenia analizy operacji toczenia zebrano ponad trzydzieœci lat temu, mo¿na siê obecnie liczyæ z nieznacznym przesuniêciem rozk³adu, przedstawio-nego na rysunku 6.2, w kierunku wiêkszych dok³adnoœci i z wiêksz¹ liczb¹ przedmio-tów obrabianych na gotowo. Wi¹¿e siê to g³ównie z postêpem w dziedzinie stosowa-nych materia³ów narzêdziowych oraz ze zmianami konstrukcyjnymi tokarek, umo¿li-wiaj¹cymi realizacjê obróbki z bardzo du¿ymi prêdkoœciami skrawania.

87

Rys. 6.2. Wymagane dok³adnoœci operacji toczenia (dane z 19 zak³adów przemys³owych [104]) Fig. 6.2. Required accuracy of turning operations (data from 19 factories [104])

Klasy tolerancji normalnych ISO

Udzia³y czasów ró¿nych operacji toczenia

w ca³kowitym czasie maszynowym T

c realizowanym na tokarce 0 5 10 15 20 25 30 35 40

IT4 IT5-6 IT7-8 IT9-11 IT12

[%]

obróbka œrednio dok³adna i zgrubna - 79,8%T _c obróbka wykañczaj¹ca - 20,2%T _c

(T_c = 133000 h)

Rys. 6.1. Tokarka TUR 50 Fig. 6.1. TUR50 lathe

sztuk w seriach, wynosi³a ponad 380 000. Statystyczne dane, dotycz¹ce przedmiotów, zebrano w biurach technologicznych czterech zak³adów przemys³u maszynowego i za-pisano na specjalnych kartach [66]. Strukturê tej bazy zorganizowano zgodnie ze sche-matem przedstawionym na rysunku 6.3. Baza ta zawiera³a dwa typy danych: ogólne o przedmiotach i szczegó³owe, opisuj¹ce poszczególne powierzchnie obrabiane.

W celu skrócenia czasu dostêpu do informacji i zmniejszenia objêtoœci bazy, a tym samym zwiêkszenia szybkoœci jej obs³ugi, podzielono j¹ na siedem mniejszych zbio-rów relacyjnych, powi¹zanych ze zbiorem g³ównym. W zbiorze g³ównym zawarto wszy-stkie dane ogólne opisuj¹ce przedmiot, a wiêc jego numer w bazie, liczebnoœæ serii, klasê, rodzaj materia³u i gabaryty. Kryterium podzia³u bazy na pozosta³e podzbiory by³ rodzaj obrabianej powierzchni i sposób toczenia. Dla rozró¿nienia przypadków nia powierzchni wewnêtrznych i zewnêtrznych utworzono oddzielne zbiory dla tocze-nia wzd³u¿nego, poprzecznego i sto¿ków (³¹cznie 6 zbiorów). Ka¿dy ze wspomtocze-nianych podzbiorów zawiera³ nastêpuj¹ce dane: numer przedmiotu, liczbê mocowañ, sposoby mocowania, liczbê obrabianych powierzchni (dla ka¿dego mocowania) i ich wymiary. Dla u³atwienia zadawania danych i ich póŸniejszego przetwarzania niektóre z nich za-kodowane zosta³y w zbiorze g³ównym w postaci indeksów.

Baza danych realizowa³a nastêpuj¹ce funkcje:

• umo¿liwia³a wprowadzanie danych ogólnych o przedmiocie do zbioru g³ównego i szczegó³owych do zbiorów pomocniczych,

• pozwala³a na aktualizacjê danych w zakresie ich korekty lub usuwania ich ze zbio-rów aktywnych (z jednoczesnym kopiowaniem do zbiozbio-rów historycznych),

• umo¿liwia³a przegl¹danie danych wed³ug wybranych numerów przedmiotów (w zbiorach aktywnych i historycznych),

• zasadnicza jej funkcja umo¿liwia³a dokonywanie selekcji przedmiotów obrabia-nych wed³ug wybraobrabia-nych kryteriów i na przygotowanie zbiorów wynikowych do dal-szych analiz obliczeniowych, nastêpnie wyznaczanie rozk³adu czêstoœci wystêpowania obci¹¿eñ w przestrzeni roboczej.

Utworzona baza ma strukturê otwart¹, która umo¿liwia wprowadzanie danych no-wych przedmiotów. Do rozszerzania jej przydatne mog¹ byæ programy obróbki na obra-biarki sterowane numerycznie, z których mo¿na, drog¹ odpowiedniego oprogramowa-nia, wczytaæ odpowiednie rekordy opisuj¹ce kolejne operacje technologiczne. W przy-padku obrabiarek sterowanych numerycznie, centrów obróbkowych lub elastycznych systemów produkcyjnych, dla których musz¹ istnieæ takie dane, mo¿na by by³o w ten sposób bardzo znacznie skróciæ czas analizy rozk³adu obci¹¿eñ, dziêki eliminacji

naj-Uk³ad konstrukcyjny tokarki jest poddany podczas obróbki dzia³aniu obci¹¿eñ, wy-nikaj¹cych z realizowanego procesu skrawania oraz pochodz¹cych od napêdu (rys. 6.4). Punkt zaczepienia si³y skrawania przemieszcza siê wzglêdem zespo³u wrzecionowego w obrêbie czynnej przestrzeni roboczej, przy czym zmiana po³o¿enia si³y w kierunku promieniowym wi¹¿e siê ze zmian¹ struktury uk³adu narzêdziowego i ze zmian¹ ob-ci¹¿enia zespo³u wrzecionowego, a w kierunku osiowym ze zmian¹ struktury uk³adu przedmiotowego. Si³a od napêdu F_N mo¿e dzia³aæ na zespó³ wrzecionowy (rys. 6.4) w dwóch mo¿liwych po³o¿eniach (dwa ko³a zêbate przenosz¹ce napêd), zale¿nych od realizowanej prêdkoœci obrotowej wrzeciona. Moment od sk³adowej obwodowej tej si³y F_No wzglêdem osi obrotu wrzeciona musi równowa¿yæ moment skrawania M_c, wiêc dla sta³ej wartoœci si³y skrawania, wraz ze zmian¹ promienia toczenia zmianie ulega rów-nie¿ si³a napêdowa. Moment od sk³adowej promieniowej si³y od napêdu g³ównego F_Nr dzia³a zginaj¹co na zespó³ wrzecionowy i w zale¿noœci od po³o¿enia ko³a przenosz¹ce-go napêd na wrzeciono i od kierunku jeprzenosz¹ce-go obrotów powoduje zwiêkszenie lub zmniej-szenie, pochodz¹cych od w³asnoœci statycznych tego uk³adu, odchy³ek wymiarowych przedmiotów obrabianych [72]. Si³a posuwowa F_f dzia³a na zespó³ narzêdziowy w jed-nym lub dwóch kierunkach (podczas toczenia kszta³towego na tokarkach sterowanych numerycznie), zale¿nych od realizowanego posuwu. Na wartoœci sk³adowych si³y skra-wania oraz si³ od napêdu g³ównego i posuwów maj¹ wp³yw: geometria narzêdzia, pa-rametry procesu skrawania i materia³ przedmiotu obrabianego. Maj¹c na uwadze z³o-¿on¹ zale¿noœæ stanu obci¹¿enia konstrukcji g³ównej tokarki od wspó³rzêdnych punk-tu zaczepienia wypadkowej si³y skrawania nale¿y stwierdziæ, ¿e ocena w³asnoœci tej obrabiarki powinna byæ dokonywana dla wielu przypadków obci¹¿enia, odpowiadaj¹-cych ró¿nym stanom struktury noœnej [69].

Ruchem g³ównym w tokarkach jest ruch obrotowy wrzeciona, a ruchy pomocni-cze s¹ zwi¹zane z kierunkami realizowanych posuwów wzd³u¿nego i poprzecznego. W przypadku tokarek najwa¿niejszymi operacjami technologicznymi s¹ toczenie wzd³u¿ne i poprzeczne oraz ich kombinacje (np. toczenie sto¿ków lub kszta³towe). Ze wzglêdu na przeznaczenie tych maszyn do obróbki przedmiotów osiowo-syme-trycznych, na dok³adnoœæ procesu skrawania najbardziej oddzia³uj¹ wzglêdne prze-mieszczenia miêdzy narzêdziem a przedmiotem obrabianym zachodz¹ce w kierunku prostopad³ym (w stosunku do osi przedmiotu), który przyjmuje siê w odniesieniu do tokarek jako „wra¿liwy” [156]. Wszelkie oceny dok³adnoœci wymiarowo-kszta³towej toczonych przedmiotów powinny wiêc dotyczyæ tego kierunku. Równie¿ podzia³ prze-strzeni roboczej podczas analizy wymiarów powierzchni obrabianych powinien byæ

91

Rys. 6.4. Schemat zespo³u wrzecionowego tokarki z obci¹¿eniami pochodz¹cymi od si³y skrawania i napêdu

Fig. 6.4. Scheme of the lathe spindle system with the loads from cutting and those generated by the drive

dokonany w kierunku promieniowym zgodnie z zakresami wymiarów nominalnych [186] (por. rozdz. 5.5).

Po³o¿enie si³y skrawania w czynnej przestrzeni roboczej zmienia siê stosownie do realizowanych zadañ technologicznych. Bezpoœredni i najwiêkszy wp³yw na przemie-szczenia zespo³ów tokarki, zachodz¹ce w kierunku promieniowym, ma sk³adowa od-porowaF_p si³y skrawania (rys. 6.4), gdy¿ dzia³a ona na kierunku „wra¿liwym”. Wp³yw sk³adowej posuwowejF_f si³y skrawania, na przemieszczenia w kierunku x (rys. 6.4), jest silnie uzale¿niony od œrednicy toczenia D. Moment gn¹cy pochodz¹cy od tej si³y jest wprost proporcjonalny do promienia toczenia, ale jego dzia³anie na wzglêdne prze-mieszczenia promieniowe nasila odleg³oœæ od przedniej koñcówki wrzeciona. Sk³ado-wa g³ównaF_c si³y skrawania wp³ywa s³abo w bezpoœredni sposób na dok³adnoœæ obróbki, ale poœrednio, poprzez moment skrawania M_c, silnie oddzia³uje na si³ê od napêdu F_N. Si³aF_N nasila lub kompensuje przemieszczenia w kierunku promieniowym zale¿nie od po³o¿enia ko³a napêdzaj¹cego wrzeciono i kierunku obrotów [72], a tym samym od-dzia³uje na dok³adnoœæ wymiarowo-kszta³tow¹ przedmiotu obrabianego.

W rzeczywistych warunkach roboczych sk³adowe si³y skrawania nigdy nie dzia³aj¹ na uk³ad pojedynczo. W zale¿noœci od geometrii narzêdzia, parametrów skrawania i rodzaju obrabianego materia³u zmieniaj¹ siê ich wartoœci i wzajemne stosunki. Na ry-sunku 6.5 pokazano zale¿noœæ przemieszczeñ statycznych przedmiotu obrabianego od po³o¿enia punktu przy³o¿enia si³y skrawania w przestrzeni roboczej tokarki, wyznaczon¹ obliczeniowo z uwzglêdnieniem si³ pochodz¹cych od napêdu. W analizowanym przy-padku wzrost zarówno œrednicy przedmiotu obrabianego D, jak i odleg³oœci od po-wierzchni czo³owej uchwytu L_w powoduje wzrost przemieszczeñ statycznych. Przemie-szczenia te pogarszaj¹ dok³adnoœæ obróbki, ale tylko przy zwiêkszaj¹cej siê odleg³oœci punktu przy³o¿enia si³y skrawania od powierzchni czo³owej szczêk uchwytu. Bior¹c

Œrednica przedmiotu obrabianego D [mm]

P

rzemieszczenia statyczne w pu

nkcie przy³o¿enia si³y skrawania

0 5 10 15 20 25 0 40 80 120 160 200 240 280 320 L_w = 180 mm

Rys. 6.5. Zale¿noœæ przemieszczeñ statycznych przedmiotu obrabianego od po³o¿enia punktu przy³o¿enia si³y skrawania w polu obróbki tokarki Fig. 6.5. Dependence of the workpiece static displacements on a position

of the force application point in the lathe’s working space

pod uwagê wprowadzony wskaŸnik oceny W i traktuj¹c wyznaczone przemieszczenia jako po³owê odchy³ek wymiaru ∆ds spowodowanych odkszta³ciami statycznymi uk³a-du (por. rozdz. 5.2), mo¿na zauwa¿yæ zmniejszanie siê wartoœci tego wskaŸnika wraz ze zwikszeniem siê œrednicy toczenia D, wskazuj¹ce na polepszanie siê klasy dok³ad-noœci ISO (rys. 6.6). Wynika to z tego, ¿e przemieszczenia uk³adu przedmiotowego w punkcie przy³o¿enia si³y skrawania maj¹ ró¿ny wp³yw na klasê dok³adnoœci ISO w zale¿noœci od wartoœci nominalnej wymiaru, którym w przypadku toczenia wzd³u¿ne-go jest œrednica toczenia.

Du¿y wp³yw na obci¹¿enie zespo³u wrzecionowego si³¹ skrawania ma sposób mo-cowania przedmiotu obrabianego. Wiele prac [38, 116, 148] podaje, ¿e co najmniej 80% przedmiotów obrabianych na tokarkach mocowanych jest w ró¿nego rodzaju uchwy-tach, g³ównie samocentruj¹cych. Prezentowane w pracy [104] obszerne badania wska-zuj¹, ¿e udzia³ czasu obróbki przedmiotów obrabianych w uchwytach siêga 75% ³¹cz-nego czasu maszynowego T_c realizowanego na tokarkach dla wszystkich rodzajów za-mocowania (rys. 6.7). W wypadku zaza-mocowania przedmiotu w uchwycie si³a skrawania dzia³a na przedni¹ koñcówkê wrzeciona na wysiêgu zwiêkszonym o wymiar osiowy zastosowanego uchwytu. Ze zwiêkszeniem wysiêgu wzrasta udzia³ podatnoœci odcinka miêdzypodporowego w ca³kowitej podatnoœci uk³adu wrzecionowego [65], w zwi¹zku z czym roœnie te¿ rola w³asnoœci statycznych samego wrzeciona. K¹t obrotu przekroju przedniej koñcówki wrzeciona, spowodowany ugiêciem tego wrzeciona, silnie

wp³y-93

Œrednica przedmiotu obrabianego D [mm]

W

skaŸ

nik oceny w³asnoœ

ci statycznych 9,0 9,5 10,0 10,5 11,0 11,5 12,0 12,5 13,0 0 40 80 120 160 200 240 280 320

Ws [ - ] ^{Odleg³oœæ od pow.} _{czo³owej uchwytu}

F_c : F_p : F_f = 5 : 2 : 1, F _c = 3000N ^{Lw = 20 mm} L_w = 60 mm L_w = 100 mm L_w = 140 mm L_w = 180 mm

Rys. 6.6. Zale¿noœæ lokalnego wskaŸnika oceny w³asnoœci statycznych Ws

od miejsca przy³o¿enia wypadkowej si³y skrawania w polu obróbki tokarki Fig. 6.6. Dependence of the local index of the static properties evaluation Ws

on the position of the resultant force application point in the lathe’s working space

Przedzia³y œrednic toczenia D[mm]

Udzi a³ y czasów ob ró bk i dl a ró ¿nych zam ocowañ w ca³ kow itym czasi e m aszynow ym T c r eal iz owanym na to kar ce 0 10 20 30 40 50 5<D<20 20<D<50 ^50<D<200 200<D<500^500<D<10001000<D<2000^2000<D<10000 zabieraki czo³owe, tuleje,

sto¿ki rozprê¿ne - 14%T _c uchwyty tokarskie - 58%T _c uchwyty tarczowe - 17%T _c k³y - 11%T _c [%] (T_c = 133000 h)

Sposoby mocowania przedmiotu obrabianego:

Rys. 6.7. Udzia³y ró¿nych sposobów mocowania przedmiotu obrabianego dla ró¿nych zakresów œrednic toczenia (dane z 19 zak³adów przemys³owych [104])

Fig. 6.7. Contribution of the different workpiece clamping types at various ranges of turning diameters (data from 19 factories [104])

tokarek uniwersalnych przemawia nie tylko fakt, ¿e jest to najczêœciej stosowany spo-sób mocowania, lecz tak¿e to, ¿e jest to najniekorzystniejszy spospo-sób obci¹¿enia uk³adu wrzecionowego. Mocowanie przedmiotu w k³ach lub zastosowanie podtrzymek zmniej-sza bezpoœrednie obci¹¿enia uk³adu wrzecionowego, gdy¿ reakcje podporowe przeno-sz¹ dodatkowo inne (ni¿ podpory ³o¿yskowe) elementy uk³adu konstrukcyjnego tokar-ki (konik, podtrzymka). W przypadku d³ugich przedmiotów (L/D>3), których nie mo¿na obrabiaæ w uchwytach, du¿a ich podatnoœæ ogranicza mo¿liwoœci pe³nego wykorzysta-nia mocy napêdu obrabiarki, a to ze wzglêdu na dotrzymanie okreœlonej dok³adnoœci obróbki [65].

Odkszta³cenia i drgania uk³adu narzêdziowego stanowi¹ drugie Ÿród³o niedok³ad-noœci wymiarowo-kszta³towej przedmiotów obrobionych. Jest on poddany z jednej stro-ny dzia³aniu sk³adowych si³y skrawania, a z drugiej oddzia³ywaniom si³ od uk³adu po-suwowego. Ze wzglêdu na masywn¹ budowê sam uk³ad narzêdziowy odkszta³ca siê sprê-¿yœcie w du¿o mniejszym stopniu ni¿ uk³ad wrzecionowy, a jego s³abymi ogniwami mog¹ byæ: trzonek no¿a (ma³y przekrój poprzeczny), œruba poci¹gowa suportu poprzecz-nego lub ³añcuch kinematyczny suportu wzd³u¿poprzecz-nego. W³asnoœci sprê¿yste uk³adu na-rzêdziowego zmieniaj¹ siê w niewielkim stopniu dla ró¿nych po³o¿eñ suportów, ale czasem zbyt du¿a podatnoœæ p³yty suportu poprzecznego zmienia te w³asnoœci w kie-runku dzia³ania si³y skrawaniaF_c i si³y odporowej F_p. Przyk³adowe zachowania tego uk³adu pod wp³ywem dzia³ania si³y ca³kowitej F o sta³ej wartoœci w zale¿noœci od od-leg³oœci narzêdzia od osi wrzeciona, bêd¹ce ilustracj¹ badañ eksperymentalnych [66], przedstawia rysunek 6.8. Promieniowe przemieszczenia no¿a z imakiem w ma³ym stop-niu wynika³y z przemieszczeñ suportu poprzecznego tokarki, spowodowanych odkszta³-ceniami œruby poci¹gowej. Pochodzi³y one w g³ównej mierze z odkszta³ceñ p³yty su-portu poprzecznego zwi¹zanych ze zmieniaj¹cymi siê warunkami obci¹¿enia tego ze-spo³u (zmiana po³o¿enia punktu podparcia œruby poci¹gowej) i rozk³adem nacisków w po³¹czeniu prowadnicowym.

Uk³ad narzêdziowy mo¿e korzystnie oddzia³ywaæ na w³asnoœci dynamiczne tokar-ki, gdy¿ du¿a liczba jego sta³ych i ruchowych po³¹czeñ jest Ÿród³em t³umienia konstruk-cyjnego, ograniczaj¹cego poziom drgañ obrabiarki. Z drugiej zaœ strony jego w³asno-œci sprê¿yste wp³ywaj¹ bezpoœrednio na czêstotliwow³asno-œci drgañ w³asnych obrabiarki i nadmierna jego podatnoœæ mo¿e byæ przyczyn¹ gorszej wibrostabilnoœci. Za poœre-dnictwem zespo³u narzêdziowego „kopiowane” s¹ na przedmiocie obrabianym b³êdy prostoliniowoœci prowadnic. Zespó³ ten jest poddany oddzia³ywaniom termicznym w du¿o mniejszym stopniu ni¿ uk³ad wrzecionowy. G³ównym Ÿród³em ciep³a w obra-biarce jest proces skrawania, ale przez narzêdzie przenosi siê tylko oko³o 5% tego

cie-95

p³a i udzia³ ten maleje wraz ze wzrostem stosowanych prêdkoœci skrawania. Wymiary uk³adu narzêdziowego ograniczaj¹ te¿ œrednicê toczenia przedmiotów nad suportem poprzecznym.

Ogólnie przestrzeñ robocza obrabiarki jest definiowana jako przestrzeñ zajmowana przez przedmiot obrabiany, narzêdzia i uchwyty podczas realizacji ruchów niezbêdnych do wykonania operacji obróbkowych [163]. Pole przedmiotu obrabianego [163] roz-wa¿anej tokarki TUR 50 stanowi obszar o wymiarach odpowiadaj¹cych œrednicy to-czenia nad ³o¿em φ500 mm i rozstawowi k³ów 1500 mm. W przypadku zastosowania uchwytu samocentruj¹cego przestrzeñ ta zmniejsza siê o pole uchwytu [163], a pozo-sta³a jego czêœæ tworzy czynn¹ przestrzeñ robocz¹, czyli t¹, w której mo¿liwa jest obrób-ka. Wspólny obszar tej przestrzeni oraz pola roboczego narzêdzia, w którym skrawaj¹-ca czêœæ narzêdzia mo¿e siê stykaæ z przedmiotem obrabianym stanowi pole obróbki [163] (rys. 6.9). W przypadku tokarek ma ono kszta³t prostok¹ta.

W celu dokonania analizy wystêpuj¹cych obci¹¿eñ pole obróbki podzielono wstêp-nie na pola elementarne, dla których, na podstawie rozmieszczenia powierzchni obra-bianych zbioru przedmiotów dostêpnych w bazie danych [65, 69, 131], okreœlano czê-stoœæ wyst¹pienia si³y skrawania, uwzglêdniaj¹c liczebnoœæ przedmiotów w serii pro-dukcyjnej. Przyjêto wstêpnie podzia³ równomierny, co 25 mm, w kierunku osiowym i promieniowym (w odniesieniu do œrednic). Wstêpny podzia³ przestrzeni roboczej by³