ОЦЕНЯВАНЕ НА КОМПОНОВКИТЕ НА ОБРАБОТВАЩИ ЦЕНТРИ ЗА СУХА И КВАЗИСУХА ОБРАБОТКА ПО КРИТЕРИЯ ЗА ЕСТЕСТВЕНО СТРУЖКООТВЕЖДАНЕ

Резюме. Формулиран е критерият за естествено стружкоотвеждане като важна характеристика на компоновката на обработващия център, предназначен за суха и квазисуха обработка. Предложени са показатели за оценяване на компоновките по критерия за естествено стружкоотвеждане. Извършено е оценяване на 12 компоновки на вертикални и хоризонтални обработващи центри по същия критерийи са определени отговарящите на критерия. Получено е основното изискване към компоновката: 5-координатна компоновка с въртяща и обръщаща маса, странично или обърнато положение на заготовката и разполагане на стружкоотвеждащия отвор и транспортьора непосредствено под тях.

Ключови думи: суха обработка, квазисуха обработка, обработващи центри, стружкоотвеждане, компоновка.

1. Увод.

Прилаганата в последните години суха и квазисуха обработка върху обработващи центри (ОЦ) е свързана с проблема на високата температура и количеството на отделящата се стружка. Задържала се цялостно или частично върху заготовката и елементите на носещата система, стружката предизвиква топлинни деформации на технологичната система, намалява трайността на инструмента поради вторичното й рязане. При традиционната технология на обилното поливане (ОП) проблемът се решава в значителна степен чрез мажещо-охлаждащата течност (МОТ), която охлажда, отмива, насочва и отвежда стружката към стружкосъбирателното устройство. При новия вид технология отсъствието на МОТ налага търсенето на друг начин за стружкоотвеждане. Един от най-ефективните начини е естественото стружкоотвеждане. Под “естествено стружкоотвеждане” следва да се разбира насочването на стружката от силите на гравитацията.

Целесъобразно е решението на проблема да се заложи в още в самата компоновка на ОЦ, което извежда на преден план критерия за оценяване на компоновката въз основа на възможността й за отвеждане на стружката по естествен път. За създателите на нови ОЦ за суха и квазисуха обработка или модернизирането на стари с възможност за прилагане на новата технология въпросът за правилният избор на компоновката е от изключителна важност.

Целта на настоящата работа е да се оцени пригодността на най-често срещаните компоновки на ОЦ за избягване на задържането на стружката по елементите на технологичната система и бързото й отвеждане към стружкосъбирателния колектор без използване за това на специални средства (базирани върху различни физически явления като струята въздух или друг газ под налягане, вакуума, електромагнитното поле и др.

2. Изисквания и показатели за оценяване на компоновката по критерия за естествено стружкоотвеждане.

2.1. Изисквания.

Като недостатък на компоновката следва да се разглежда временното или постоянно задържане на стружка върху работната маса, шейните и базовите корпусни елементи на носещата система. Подходящата компоновка създава условия отделената стружка по естествен път да се насочи и попадне непосредствено в стружковия транспортьор. При това процесът на отвеждане трябва да е непрекъснат, с което да се изключи натрупването на стружката върху елементите на технологичната система.

В същия смисъл е нежелателно задържането на стружката както по външните, така и по вътрешните повърхнини на заготовката и свързаното с нея приспособление. Стружката следва да се отстрани механизирано след ръчна или автоматична команда без нарушаване на установката на заготовката.

В случаите, когато стружката не може да се отведе по естествен път, компоновката следва да осигури стружкоотвеждане чрез движения на работните органи. Те трябва да съвпадат с присъщите на работния орган работни, установъчни или спомагателни движения.

Подходящата компоновка предоставя удобства при установяването на заготовката върху работната повърхнина на масата (палета). За “удобно” се приема хоризонталното положение на масата (палета).

Компоновката следва да осигури такова разполагане на стружковия транспортьор, което да не влошава стабилността на носещата система.

2.2. Показатели.

На базата на формулираните изисквания могат да се предложат следните показатели за оценяване на компоновката по критерия за естествено стружкоотвеждане:

А. Отсъствие на задържане на стружката върху заготовката и приспособлението.

Б. Отсъствие на задържане на стружката върху масата.

В. Отсъствие на задържане на стружката върху шейната.

Г. Отсъствие на задържане на стружката върху базови корпусни елементи.

Д. Отсъствие на необходимост от допълнителни движения на работните органи за отстраняване на стружката по елементите от пунктове А-Г.

Е. Възможност за механизирано извеждане на стружката от вътрешните обеми на заготовката и приспособлението.

Ж. Удобство при установяване на заготовката.

З. Отсъствие на отрицателно влияние на разполагането на стружковия транспортьор върху стабилността на корпусния елемент.

Всеки показател се оценява чрез степените “слаб”, “добър” и “отличен”.

3. Компоновки на вертикални обработващи центри.

Компоновките са показани на фиг.1 и са означени с литери от А1 до А6.

А1. Вертикална компоновка с кръстата маса [1].

Това е най-разпространената компоновка на ВОЦ. На нейна база е реализиран най-успешният български ВОЦ РВ501.24. Образувалата се стружка се задържа почти изцяло върху заготовката, работната маса, направляващите на шейната по ос Y, защитите на направляващите. Възможността за попадане на стружката по естествен път в транспортьора е ограничена. Вероятността от използване на зоните на работното пространство (РП) е най-голяма в област около центъра на работната повърхнина с диаметър примерно широчината на масата. От образувалата се стружка една част остава върху заготовката, а другата се задържа върху върху свободната площ на масата. При голям обем на стружката трета част от нея попада по естествен път върху хоризонталните повърхнини на останалите елементи от конструкцията на машината- например, шейна, тяло, кожуси, защити и т.н.

Следователно, при компоновка А1 отсъства възможност за насочване на основния обем на стружката по гравитационен път към транспортьора.

А2. Вертикална компоновка с кръстата маса и една въртяща или обръщаща маса [7].

Въртящата маса (ВМ) или обръщатата маса (ОМ) са с хоризонтална ос и обикновено се монтират допълнително. С периодичното завъртане на ОМ част или целият обем на стружката пада от работната повърхнина и заготовката; част се насочва по естествен път към стружковия транспортьор, друга попада върху елементи на носещата система и конструкцията.

А3. Вертикална компоновка без линейни премествания на заготовката [6].

Основната част от стружката се задържа върху заготовката и работната повърхнина на масата, но останалата част по гравитационен начин попада в стружкосъбирателните отвори в тялото на машината.

А4. Вертикална компоновка с ВМ и ОМ [9].

По подобие на А2 периодичното завъртане на ОМ позволява стружката да се насочва към стружкосъбирателния отвор (C500U на Hermle- Германия).

А5. Вертикална компоновка с ВМ и ОМ [10].

Стружката по естествен път попада непосредствено в транспортьора, без да има контакт с елементите на носещата система и конструкцията.

А6. Вертикална компоновка с ВМ за малки заготовки [8].

Заготовката се установява в патронника на ВМ и отделената стружка лесно се насочва по естествен път към стружковия транспортьор (МТХ1 на Eikon-Италия).

4. Компоновки на хоризонтални обработващи центри.

Компоновките са показани на фиг.2 и са означени с литери от Б1 до Б6.

Б1. Хоризонтална компоновка с кръстата маса и ВМ по ос В [2].

Образувалата се стружка се задържа частично върху ВМ и в самата заготовка. Значителна част от нея се придвижва по гравиационен път. Тя би попаднала непосредствено в транспортьора, в случай че той е разположен в открит канал. В действителност транспортьорът се монтира в отвор в тялото на машината. По такъв начин стружката попада първоначално върху прилежащите хоризонтални повърхнини, най-често принадлежащи на тялото на машината. В резултат на динамичните процеси, съпровождащи работните и установъчните

движения, а също така на трептенията на технологичната система, стружката се придвижва постепенно към транспортьора.

Б2. Хоризонтална компоновка с Т-образно тяло и ВМ по ос В [3].

По съображения, подобни на Б1, откритото разполагане на стружковия транспортьор е затруднено, което създава проблеми с бързото отвеждане на стружката. Допълнителен недостатък е сложността при монтирането на транспарантна защита, поради което използването й не се практикува.

Б3. Хоризонтална компоновка с ВМ по ос В без линейни премествания на заготовката [4].

Обикновено се предпочита връзката между тялото и основата да бъде през фундамента. Това създава удобна възможност за разполагане между тях на стружков транспортьор. За разлика от Б1 и Б2, стружката може да се стича гравитационно непосредствено в транспортьора при произволна позиция на шейната по ос Х. С това, обаче, не може да се избегне задържането на стружката върху свободната площ на ВМ и в самата заготовка.

Б4. Хоризонтална компоновка с ВМ по ос В за прътови заготовки [11].

Стружката в целия си обем се стича гравитационно в стружкосъбирателния отвор и транспортьора (S100M на Hermle- Германия).

Б5. Хоризонтална компоновка с ВМ и ОМ и странично положение на заготовката [12].

Осигурява се условия за естествено отвеждане на практически целия обем от образувалата се стружка. Задържалата се част във вътрешните обеми се извежда чрез завъртане на ВМ и ОМ, в т.ч. и чрез използване на центробежните сили посредством ротация на ВМ, например с n=500 min^-1 (SPECHT500T на Cross Hüller- Германия).

Б6. Хоризонтална компоновка с ВМ и ОМ и обърнато положение на заготовката [5].

Оценката е както за Б5.

5. Резултати.

Извършеното изследване показва, че само част от най-често срещаните компоновки на ОЦ отговарят на критерия за естествено стружкоотовеждане и са пригодни за използване при суха и квазисуха обработка. За целите на новата технология са подходящи ОЦ както с вертикална, така и с хоризонтална компоновка. Основното изискване към компоновката е наличие на ВМ и ОМ, странично или обърнато положение на заготовката и разполагане на стружкоотвеждащия отвор и транспортьора непосредствено под тях. Това означава, че най-подходящи за суха и квазисуха обработка са 5-координатните ОЦ. Сред най-подходящите за целите на новата технология са компоновките А5, А6, Б4, Б5, Б6.

6. Изводи.

Формулиран е критерият за естествено стружкоотвеждане като важна характеристика на компоновката на обработващия център за суха и квазисуха обработка.

Предложени са показатели за оценяване на компоновките на обработващите центри по критерия за естествено стружкоотвеждане.

Извършено е оценяване на 12 компоновки на вертикални и хоризонтални обработващи центри по критерия за естествено стружкоотвеждане.

Получено е основното изискване към компоновката: наличие на ВМ и ОМ (5-координатна компоновка), странично или обърнато положение на заготовката и разполагане на стружкоотвеждащия отвор и транспортьора непосредствено под тях.

Литература

1. ***Проспект на РВ501.24.
2. ***Проспекти на ЦМ040, ЦМ050.
3. ***Проспект на ЦМ063.
4. ***Проспекти на ЦМ080, ЦМ100, ЦМ100Г.
5. ***Проспект на MC032.
6. ***Проспект на Heckler&Koch.
7. ***Проспект на Makino.
8. Allcock A. The “100 per cent” Machine. Machinery, November 2003.
9. ***Machining Centers. Tooling&Production, March 2003.
10. www.cbferrari.com.
11. www.hermlemachme.com.
12. www.crosshuller.com.

Статията е публикувана на ХVІ национална научно-техническа конференция с международно участие “Автоматизация на дискретното производство АДП-2007”. 18-20 октомври 2007 г., УСОБ на ТУ-София, Семково.