Despre proiectarea dispozitivelor
description
Transcript of Despre proiectarea dispozitivelor
TUDOR PĂUNESCU
Prin dispozitiv utilizat în cadrul proceselor tehnologice din
industria constructoare de masini se întelege sistemul tehnic,
constituind o unitate din punct de vedere functional, care
stabileşte şi mentine sau modifică pozitia si orientarea
obiectelor de lucru sau a sculelor, putând îndeplini şi functii ale
maşinilor de lucru sau ale operatorului.
CRITERIUL I DE SISTEMATIZARE
NATURA OPERAŢIEI CARE
SE EFECTUEAZĂ CU AJUTORUL
DISPOZITIVULUI
DISPOZITIVE DE LUCRU
(PE MAŞINILE UNELTE)
DISPOZITIVE DE
ASAMBLARE
DISPOZITIVE DE
CONTROLDISPOZITIVE DE
MANIPULARE
NU SUNT TRATATE DE DISCIPLINA
PROIECTAREA DISPOZITIVELOR
CRITERIUL II DE SISTEMATIZARE A DISPOZITIVELOR DE LUCRU
FUNCŢIA LOR PRINCIPALĂ
DISPOZITIVE DE PRINDERE
DISPOZITIVE DE PRELUCRARE DISPOZITIVE DE DIVIZARE
Exemplu de dispozitiv de prindere instalat pe un centru de prelucrare vertical
Clic
pe
ima
gin
e
CONDIŢII NECESARE DISPOZITIVELOR DE PRINDERE
În general, dispozitivele de prindere trebuie să îndeplinească patru condiţii
de bază (absolut necesare):
- Poziţionarea şi orientarea precisă şi repetabilă a semifabricatului faţă de
sculele aşchietoare cu care se lucrează în setup-ul curent.
- Reţinerea totala a semifabricatului în timpul prelucrării.
- Producera unor deformaţii acceptabile ale semifabricatului.
- Neinterferarea elementelor dispozitivului cu sculele aşchietoare.
La acestea, funcţie de circumstanţe, se mai adaugă următoarele cerinţe:
- Protecţia operatorului uman.
- Productivitate adecvată tipului de producţie în care sunt aplicate.
- Eficienţa economică a dispozitivului.
- Facilitarea instalării semifabricatului în dispozitiv.
Detalieri:
- Productivitate dispozitivului. În cazul dispozitivelor dedicate, care lucrează în condiţiile unei producţii de
serie mare, timpii de încărcare/descărcare a semifabricatului în/din dispozitiv, fixare/defixare a
semifabricatului, curăţirea de aşchii şi alte impurităţi, reglarea poziţiei şi orientării dispozitivului pe masa
MU, trebuie de regulă minimizaţi, curent prin mecanizări şi semiautomatizări sau automatizări ale
subansamblelor mobile. În cazul dispozitivelor modulare problema productivităţii nu se pune tot atât de
acut, însă se urmăreşte micşorarea timpilor auxiliari prin utilizarea: modulelor cu acţionare manuală
rapidă (de exemplu de tipul one-touch), a sistemelor rapide de montare/demontare a dispozitivelor pe
masa MU sau pe palete.
- Eficienţa economică a dispozitivului. În cazul dispozitivelor dedicate preţul de cost al dispozitivului
poate fi diminuat prin utilizarea în proporţie cât mai mare a elementelor normalizate şi standardizate, şi
minimizarea utilizării elementelor speciale. Dacă se lucrează cu dispozitive modulare trebuie avute în
vedere următoarele aspecte: în general o componentă modulară este mai scumpă decât una
corespondentă nemodulară, însă acest dezavantaj este anulat de faptul că modulele sunt reutilizabile,
deci eficienţa dispozitivelor modulare este direct determinată de gradul de utilizare a modulelor unui set
dat.
- Protecţia operatorului uman. Această funcţie este necesară dacă operatorul trebuie să
urmărească desfăşurarea procesului de prelucrare în imediata apropierea a dispozitivului de prindere a
semifabricatului şi se referă la măsurile constructive care trebuie să reţină semifabricatul în situaţii
excepţionale cum ar fi căderea sursei de energie care alimentează subsistemele mecanizate ale
dispozitivului, suprasolicitarea dispozitivului la întâlnirea unui adaos de prelucrare mărit şi depăşirea
capacităţii de fixare a acestuia etc.
- Facilitarea instalării semifabricatului în dispozitiv. Este operantă în cazul servirii manuale a
dispozitivului când prin elemente specifice se uşurează efortul fizic al operatorului uman când se
manipulează semifabricate grele, fie îl împiedică pe acesta să instaleze semifabricatul într-o poziţie-
orientare greşită.
EX
EM
PLU
DE
DIS
PO
ZIT
IV D
E P
RIN
DE
RE
MO
DU
LAR
Masa MU
Corp de bază a dispozitivului
Piesa de prelucrat
Sistem rapid de poziţionare şi orientare precisă a plăcii de bază pa corpul de bază (sistem ZERO-POINT)
Paletă
Sculă(burghiu)
EX
EM
PLU
DE
DIS
PO
ZIT
IV D
E D
IVIZ
AR
E
Dispozitivul realizează rotirea semifabricatului cu un unghi prestabilit la
acţiunea unui împingator montat în magazia de scule a centrului de prelucrare
Clic
pe
ima
gin
e
Împingător
Dispozitiv de divizare
Placă de bază
EX
EM
PLU
DE
DIS
PO
ZIT
IV D
E P
RE
LUC
RA
RE
-CA
P M
ULT
IAX
Dispozitivul de prelucrare cap multiax nereglabil execută simultan cinci găuri in flanşa
piesei, mărindu-se astfel productivitatea MU de găurire. În general se aplică in producţia de
serie mare, masa datorită costului ridicat al dispozitivului şi neflexibilităţii (poate fi aplicat
doar pentru o configuraţie fixă de alezaje care se prelucrează prin intermediul lui ).
Cap multiax(este montat în axul MU
de găurire)
Piesă
CRITERIUL III DE SISTEMATIZARE
ADAPTABILITATEA DISPOZITIVULUI LA FORMA
SI DIMENSIUNILE PIESELOR
DISPOZITIVE
SPECIALE
DISPOZITIVE
SPECIALIZATE
DISPOZITIVE
UNIVERSALEDISPOZITIVE
MODULARE
EX
EM
PLE
DE
DIS
PO
ZIT
IVE
DE
PR
IND
ER
E U
NIV
ER
SA
LE
Menghine cu două fălci cu bacuri necalite adaptate formei pieselor
Blocuri de patru menghine
cu câte trei fălci, plasate pe
corpuri tip turn, utilizate
pentru prinderea pieselor
aşchiate pe centre de
prelucrare orizontale
Piesa de prelucrat
Mandrine universale cu
2, 3 şi 4 fălci pentru
operaţii de strunjireMandrină autocentrantă cu mecanism spirală lui
Arhimede, acţionată manuală
EX
EM
PLE
DE
DIS
PO
ZIT
IVE
DE
PR
IND
ER
E M
OD
ULA
R
Dispozitiv modular pentru prinderea unei piese arbore
Piesa
EX
EM
PLU
DE
DIS
PO
ZIT
IVE
DE
PR
IND
ER
E S
PE
CIA
LIZ
AT Dispozitivul este dedicat
prinderii simultane a câte două piese
tip arbore în vederea frezării
capetelor.
Piesele sunt bazate pe câte 2
prisme normale (11) şi se sprijină pe
câte un cep de reazem 16. Sunt
preluate 5 grade de libertate piesei,
schema de bazare 4+1.
Fixarea se face prin brida dublă
12, acţionată de tija 9. Pentru
micşorarea frecărilor sunt prevăzute
rolele 8. În etapa de strângere rola 6
este în contact cu suprafaţa înclinată
la 100 a penei frezate pe tija
pistonului 3 şi transmite mişcarea şi
forţa de fixare.
Dispozitivul este acţionat
pneumatic, printr-un motor liniar cu
dublu efect, integrat în corpul 1 al
dispozitivului.
Dispozitivele dedicate unei piese sunt dispozitive speciale, dacă sunt dedicate unei
familii de piese care diferă relativ puţin ca forme şi dimensiuni sunt dispozitive specializate.
Deoarece sunt în general unicate, costul proiectării şi execuţiei este ridicat, mai ales dacă sunt
utilizate acţionări pneumatice,hidraulice şi electrice, sau sunt automatizate. Sunt raţionale în
producţia de serie mare şi masă deoarece costul lor este repartizat pe un număr mare de
piese care se prelucrează cu ajutorul lor.
Obs. Dispozitiv permanent în sensul că odată asamblat, componentele nu se mai demontează, eventual rar dacă apar defecţiuni.
Dispozitivele universale au posibilităţi mari de reglare continuă (de exemplu curse mari
ale bacurilor menghinelor sau mandrinelor universale pentru strunguri) dar şi discretă prin
montarea/demontarea unor componente (de exemplu bacurile menghinelor sau ale
mandrinelor universale). În general sunt dispozitive scumpe mai ales dacă au un set numeros
de accesorii. Variabilitatea formelor pieselor pe care le pot prinde nu este mare datorită
structurii lor care nu este modificabilă (de exemplu mandrinele universale sunt destinate în
general prinderii pieselor de revoluţie tip arbore, bolţ, bucşă, prelucrate pe strunguri sau
maşini de rectificat rotund; menghinele prind în general piese prismatice, dar şi cu suprafeţe
cilindrice care se prelucrează pe MU de frezare, găurire).
Dispozitivele modulare au mari posibilităţi de adaptare la forma pieselor deoarece
componentele lor sunt uşor montabile şi demontabile şi reutilizabile de un număr mare de ori
(conceptul Lego). Eficienţa economică a utilizării lor este dependentă de frecvenţa reutilizării
lor şi deci de amortizarea pe un număr mare de piese diferite, nu identice sau aproape
identice cum se întâmplă la dispozitivele dedicate. În consecinţă sunt raţionale în producţia de
loturi mici, medii care se repetă relativ rar.
Dispozitivul de lucru este un sistem deschis făcând parte din sistemul tehnologic format
din: masină unealtă (MU), dispozitiv de prindere (DP), piesă (semifabricat), sculă (MUDPS).
1. Legătura MU-DP este realizată de pene fixe sau
mobile pentru canale T, suruburi, piulite pentru canale T.
2. Legătura DP-semifabricat este materializată de
elemente de rezem si de fixare.
3. Prin interactiunea sculă-semifabricat sunt generate
forte, momente de aschiere etc.
4. În general scula este prinsă într-un dispozitiv specific
numit portsculă.
5. În anumite dispozitive este necesară o ghidare
permanentă a sculei în aschiere (bucşa de ghidare a
burghiului) sau temporară (gabaritele dispozitivelor de
frezat).
Placa de bază
Module de reazem
Modul de reazem reglabil pe placa de bază
Modul de fixarelaterală a piesei
Piesa prinsă în dispozitiv
Înapoi
INTERFAŢA DISPOZITIVULUI DE PRINDERE CU MASA MAŞINII UNELTE
Bolţuri de ghidare precisă a plăcii de
bază a dispozitivului relativ la canalele T
ale mesei MU
Elementele de bazare principale, numite şi reazeme principale (RP), sunt destinate
anulării gradelor de libertate ale piesei, prin ele închizându-se forţe de aşchiere, de fixare,
masice etc. Ele determină precizia de pozitionare orientare a piesei în dispozitiv.
Mărimea suprafaţei de contact a reazemului cu piesa este invers proporţională cu
calitatea suprafeţei piesei. Dacă piesa are o suprafaţă neprelucrată cu abateri relativ mari de
formă şi cu rugozităţi mari suprafaţa de contact a reazemului trebuie să fie mică şi invers.
Suprafeţele de contact cu piesele trebuie să reziste la uzură mecanică, în consecinţă
trebuie să aibă o duritate de 55-60 HRC.
Suprafeţele active ale reazemelor se execută de 2...4 ori mai precis decât suprafeţele
piesei cu care vin în contact.
EX
EM
PLE
DE
RE
AZ
EM
E P
RIN
CIP
ALE
REAZEME PENTRU SUPRAFEŢE PLANE
REAZEME PRINCIPALE FIXE TIP PLĂCUŢĂ DE REAZEM TREAPTĂ
REAZEME PRINCIPALE FIXE TIP CEP DE REAZEM
REAZEME PRINCIPALE FIXE CU SUPRAFEŢE CILINDRICE
REAZEME PRINCIPALE REGLABILE CU ŞURUB
Reazemul principal reglabil cu acţiune laterală are două tipuri de reglaje: unul continuu prin înşurubare şi altul discret prin plasarea şurubului la trei înălţimi diferite
EXEMPLU DE REAZEM SUPLIMENTAR
Clic
pe
ima
gin
e
Reazemul suplimentar nu preia grade de libertate piesei ci doar o rigidizează. În consecinţă este acţionat de un arc slab (11) care îl aduce în contact cu piesa şi după ce aceasta este strânsă în dispozitiv este blocat şi reazemul şurubul 1. Reazemul din figură poate fi folosit şi ca reazem principal reglabil.
Reazem principal reglabil cu şurub
Bacuri amovibile(elementele de contact cu piesa)
Clic
pe
ima
gin
e
EXEMPLU DE UTILIZARE A DIVERSE TIPURI DE REAZEME PENTRU SUPRAFEŢE PLANE
Reazem principalreglabillateral
Reazem suplimentar
BridăOne-touch
Element de prestrângere (generează o forţă de intensitate mică pentru ca piesa să ia contact corect cu reazemele principale)
Reazem principal
REAZEME PRINCIPALE PENTRU SUPRAFEŢE CILINDRICE
PRISME DE REAZEM
(prismele de reazem au deschideri de 600, 900 şi 1200)
Prismă de reazem normală
cu deschidere de 900
Piesa de prelucrat
Bridă(element de fixare)
Reazem cilindric
Placa de bază a disp. modular
SE
MIP
RIS
ME
DE
RE
AZ
EM
Per
mit
prin
reg
laje
dis
cret
e cu
prin
der
ea u
nei g
ame
larg
i de
di
amet
re a
le p
iese
lor
Exemplu de dispozitiv de prindere
pentru o carcasă în care se utilizează
două bolţuri cilindrice pentru
poziţionarea şi orientarea precisă a
piesei pe două alezaje scurte cu axe
paralele
BOLŢURI DE CENTRARE
Elementele de fixare (EF) a piesei în dispozitiv au rolul de a imobiliza piesa în
poziţia şi orientarea stabilită de elementele de reazem. Ele nu preiau grade de
libertate ci funcţia lor principală este de generare de forţe de strângere.
EF pot fi acţionate manual sau mecanizat de către motoare pneumatice, hidraulice mai rar electrice.
EF acţionate manual trebuie să aibă neapărat autofrânare (să nu cedeze sub sarcină după încetarea acţionării manuale) şi să nu necesite un efort muscular din partea operatorului uman mai mare de 100 ... 150 N, să fie concepute ergonomic.
Pentru productivitate EF trebuie să aibă o cursă rapidă de apropiere de suprafaţa piesei şi o cursă lentă la aplicarea forţei pentru a nu se transmite un impuls piesei care s-ar putea mişca de pe reazem.
EF nu trebuie să transmită piesei forţe parazite care să altereze poziţia şi orientarea determinată de elementele de reazem.
EF trebuie aplicate astfel încât să producă deformaţii elastice şi elasto-plastice minime piesei fixate.
În general se folosesc amplificatori simpli de forţă ca mecanismele cu pană, cu came, cu filet şi pârghii.
EX
EM
PLE
DE
ELE
ME
NT
E D
E F
IXA
RE
BRIDE(BAZATE PE PĂRGHII DE GENUL I, II ŞI III)
Bridă dreaptă pentru strângere pe suprafeţe cilindrice interioare
Brida dreaptă (pârghie de genul III) destinată strângerii suprafeţelor plane.
Bridă cu cot şi suporturi zimţat elicoidal (reglare discretă pe înălţime)
Dorn rotitor cu bucşă elastică cu fălci libere, acţionat pneumatic(mecanism amplificator de forţă cu pană)
Clic
pe
ima
gin
e
Exemplu de montare a unei bride reglabile discret pe înălţime pentru fixarea unui semifabricat direct pe masa MU
BUCŞE ELASTICE
BE sunt elemente de bazare şi fixare simultană (cele două etape se suprapun în timp). Pe baza lor
se construiesc dispozitive speciale deoarece cursa fălcilor BE este mică (în general de ordinul 10 -1 mm).
BE asigură precizii de centrare relativ mari, de ordinul 0.02 .... 0.05 mm
Clic pe imagine
CONCEPTUL ONE-TOUCH
Productivitate mărită prin efectuarea unei singure mişcări de către operatorul uman
pentru apropiere rapidă a bridei de piesă şi aplicarea forţei
Clic
pe
ima
gin
e
BR
IDĂ
L O
NE
-TO
UC
H
BRIDĂ ONE-TOUCH
Clic
pe
ima
gin
e
Clic
pe
ima
gin
e
DISPOZITIV DE PRINDERE CARE UTILIZEAZĂ BRIDE ONE-TOUCH
Se consideră un corp rigid căruia i se asociază un sistem triortogonal drept (OXYZ)
raportat la un triedru fix (OoXoYoZo).
Ghidarea corpului constă în pozitionarea unui punct caracteristic (coordonate liniare
x,y,z) si orientarea acestuia în raport cu punctul considerat (coordonate unghiulare , , ).
MODELUL SIMPLIFICAT AL SISTEMULUI MUDPS
În studiul gradelor de libertate şi a preciziei preluării acestora se operează cu un model
simplificat al sistemului tehnologic MUDPS , având următoarele caracteristici:
- componentele sistemului MUDPS se presupun nedeformabile,
- se ia în considerare modelul geometric real al semifabricatului afectat de abateri
dimensionale, de la poziţia relativă a suprafeţelor, abateri de formă,
- dispozitivul este redus la elementele de bazare (abreviate EB: elementele de contact
cu semifabricatul, prin care se preiau grade de libertate), caracterizate de forma şi
dimensiunile părţilor active.
Numărul de grade de libertate care trebuie preluate, natura acestora şi pe ce suprafeţe ale
piesei se determină prin analiza sistemului de cotare asociat suprafeţelor aşchiate la operaţia
curentă, a formei şi calităţii suprafeţelor piesei, a rigidităţii.
EXEMPLE
SCHEMA DE BAZARE 3-2-1
Denumiri specifice:
- bază de aşezare (BA) sau bază primară;
- bază de ghidare (BG) sau bază secundară;
- bază de sprijin (BS) sau bază terţiară.
Simbolizare
Schema de bazare care utilizează pentru anularea celor şase grade de libertate cele
trei baze BA, BG, BS se numeşte schema sau principiul de bazare 3-2-1.
EXEMPLU
Clic
pe
ima
gin
e
În clip se pot vedea scheme de bazare 3-2-1 materializate prin dispozitive de prindere tip menghină
(sursa www.sme.org). Observaţie: în literatura de specialitate americană se consideră că pentru
imobilizarea unui obiect trebuie preluate 12 grade de libertate, spre deosebire de cea europeană în care
se vorbeşte de 6 grade de libertate. Diferenţa apare din cauză că în prima variantă se ia în considerare
si sensul mişcărilor 12=6x2.
În cazul de mai sus este suficientă o bazare simplificată prin care se anulează 5 grade de
libertate: [ty, tz, rx, ry, rz].
tx nu este necesar a fi anulată deoarece canalul care se prelucrează este străpuns, în
consecinţă nu este raţional ca semifabricatul să fie precis poziţionat pe axa X fiindcă eroarea
de instalare este acoperită de intrarea - ieşirea frezei. Nepreluarea tx nu înseamnă că piesa se va mişca în dispozitiv pe direcţia X. Pe direcţia
X nu se va utiliza un reazem precis ci unul mai ieftin prin care să se închidă componenta
forţei de aşchiere Fx.
La operaţia curentă semifabricatului i se frezează un canal înfundat cotat cu b, h şi l.
Pentru o bazare corectă trebuie preluate toate cele şase grade de libertate: tx, ty, tz, rx, ry, rz,
tz deoarece, spre deosebire de exemplul anterior, canalul este străpuns.
SB din fig. a este incorectă. Piesa fiind subbazată deoarece nu ry nu este blocat. Pe
suprafaţa din planul ZY există un două reazeme dar sunt plasate greşit pe direcţia axei Y în
loc de Z. SB din fig. b este corectă, este o SB completă (sunt preluate toate cele şase grade
de libertate).
ELEMENTE SPECIFICE ALE BAZĂRII PE SUPRAFEŢE CILINDRICE
O bază cilindrică exterioară sau interioară este numită lungă (BCL) dacă lungimea
generatoarei este mai mare decât diametrul, în caz contrar este numită scurtă (BCS).
Bazarea pe prisme normale a BCL (ty, tz, ry, rz) şi pe prisme scurte a BCS (ty, tz).
Bazarea pe două prisme scurte plasate la capetele unei baze cilindrice exterioare lungi
anulează aceleaşi grade de libertate ca şi bazarea pe o prismă normală.
EXEMPLUL 1EXEMPLUL 2
4.1. FORŢELE CARE ACŢIONEAZĂ ASUPRA SEMIFABRICATULUI BAZAT ŞI FIXAT ÎN DISPOZITIV
Forţele care acţionează asupra semifabricatului afllat în dispozitivul de prindere depind de starea
sistemului MUDPS :
1. Sistemul MUDPS este în stare de aşteptare până la începerea prelucrării, semifabricatul fiind
instalat în dispozitiv şi fixat.
2. Sistemul este în regim tranzitoriu de pornire până la atingerea parametrilor de regim staţionar.
3. Sistemul MUDPS este în regim staţionar de prelucrare a piesei.
4. Sistemul este în regim tranzitoriu de oprire de la starea în care scula nu mai interacţionează cu
piesa până la atingerea stării 1.
1. La introducerea semifabricatului în dispozitiv acesta se găseşte sub acţiunea propriei greutăţi.
Dacă aceasta şi nici forţele de fixare nu asigură o poziţionare şi o orientare corectă a semifabricatului este
necesară aplicarea uneia sau mai multor forţe de prestrângere (forţe de reglare) care au module mult mai
mici decât cele de strângere.
2,4. Forţele de inerţie pot atinge valori mari în cazul unor regimuri de accelerare / frânare rapide, caz
în care este necesară verificarea sistemului de fixare proiectat în ipoteza unor solicitări în regimul
tranzitoriu.
3. După aplicarea forţelor de fixare greutatea piesei are o pondere relativ mică în sistemul de forţe şi
de cele mai multe ori se neglijează ca şi forţele secundare (forţe de rezistenţă din partea aerului, a lichidului
de răcire ungere etc.).
4.2.MODELAREA SISTEMULUI DISPOZITIV-PIESĂ
Sistemului mecanic real "dispozitiv de prindere-semifabricat" este un sistem de corpuri solide
deformabile.
Dispozitivele în care bazarea şi fixarea se fac succesiv au următoarea structură: corpul
dispozitivului, considerat bază, pe care se află reazemele, mecanismele de fixare, eventual motoarele,
semifabricatul/ele, posibil şi alte subansambluri cu funcţii auxiliare prin care se închid forţele aplicate
semifabricatului (de exemplu mecanisme de divizare).
Dispozitivele în care bazarea şi fixarea se efectuează simultan (dispozitivele de centrare,
autocentrare) diferă de primele prin faptul că elementele de bazare şi de fixare sunt comune.
Pentru operativitate modelarea sistemului mecanic "dispozitiv de prindere-semifabricat" se poate
face pe baza unor ipoteze simplificatoare: considerarea tuturor elementelor sau doar a unora solide
nedeformabile, neglijarea frecărilor etc.
Un model simplificat, frecvent utilizat în proiectarea schemelor de fixare a pieselor în
dispozitive, presupune că:
- semifabricatul, elementele de bazare, de fixare se consideră corpuri solid nedeformabile,
- legăturile semifabricatului sunt unilaterale, trasmiţând forţa într-un singur sens şi sunt
modelate cu ajutorul contactelor punctiforme suprafaţă-suprafaţă,
- legăturile sunt ideale (fără frecare),
- deoarece semifabricatul este considerat un solid rigid şi reazemele suplimentare iau contact
cu acesta după bazare şi fixare, interacţiunea semifabricat-reazeme suplimentare se ignoră, acestea
neformând legături cu semifabricatul.
În consecinţă numărul legăturilor între semifabricat şi elementele de bazare şi elementele de
fixare coincide cu numărul contactelor punctiforme.
În spaţiul 3D, pentru anularea celor şase grade de libertate ale piesei, pentru o fixare
corectă a acesteia sunt necesare cel puţin şapte legături, deci şase puncte de reazem şi
cel puţin unul de fixare.
În spaţiul 2D, pentru anularea celor trei grade de libertate ale piesei, pentru o fixare
corectă, sunt necesare cel puţin patru legături, trei puncte de reazem şi cel puţin unul de
fixare.
În general metodologia "clasică" de calcul a schemelor de fixare se desfăşoară în următoarele etape:
- proiectantul, pe baza experienţei, adoptă punctele de aplicaţie şi modulele forţelor de strângere,
- folosind ecuaţiile de echilibru static sau cinetostatic determină reacţiunile pe reazeme, pentru toate
stările enumerate în subcap. 4.1. Dacă acestea sunt pozitive (condiţia de existenţă a legăturilor
unilaterale) SF este acceptată, în caz contrar, se revine asupra datelor de intrare modificându-se punctele
de aplicaţie, modulele forţelor de fixare, eventual intervenindu-se asupra structurii sistemului de fixare.
Dacă traiectoria sculei este relativ lungă, comparabilă ca ordin de mărime cu dimensiunea medie a
semifabricatului, sau dacă din aceeaşi prindere se execută mai multe prelucrări prin aşchiere, metoda de
mai sus converge relativ lent spre o soluţie optimă, elementul euristic având o pondere mare.
O tendinţă constantă sesizabilă în ultimele decenii a fost orientarea producţiei
spre necesităţile tot mai diversificate ale consumatorului. Efectul a fost şi este
mutarea centrului de greutate a fabricaţiei spre seria mică, medie organizată în
loturi. În consecinţă, s-au dezvoltat puternic tehnologiile şi echipamentele flexibile,
care au capacitatea să răspundă rapid şi eficient din punct de vedere economic la
cererile unei pieţe concurenţiale foarte dinamice, cu pretenţii de calitate crescute.
Actualmente, se pare că unul din punctele slabe în aplicarea unei flexibilizări
automatizate, eficiente a fabricaţiei sunt dispozitivele de prindere (DP).
Soluţia cea mai populară pentru flexibilizare DP este modularizarea.
DISPOZITIVE DE PRINDERE MODULARE (DPM)
Pentru poziţionarea şi orientarea (P&O) precisă a modulelor se utilizează două sisteme:
P&O prin ghidare pe suprafeţe plane: canale T – pene (fig. b);
P&O prin centrare pe suprafeţe cilindrice: bolţ – alezaj (fig. a).
Fixarea modulelor aparţinând dispozitivelor care sunt reconfigurate manual se face exclusiv prin
şuruburi.
a
b
În ultima perioadă sistemul cu grid de alezaje a
devenit mult mai frecvent utilizat din cauza
repetabilităţii mai bune, a rigidităţii şi preciziei
superioare.
AVANTAJELE, DEZAVANTAJELE UTILIZĂRII DISPOZITIVELOR DE
PRINDERE MODULARE
Avantajele utilizării DPM trebuie urmărite în toate etapele “vieţii” unui dispozitiv: proiectare, execuţie, exploatare şi întreţinere:
- scăderea spectaculoasă a intervalului de timp necesar pentru proiectare şi construcţie: un DPM de complexitate medie poate fi dezvoltat în aproximativ o zecime din timpul necesar dezvoltării dispozitivului dedicat omolog ;
- procesul de proiectare a unui DPM este mai simplu deoarece pentru un set modular dat se operează cu un număr limitat de componente normalizate, care trebuie doar asamblate. În cazul utilizării CAD, timpul necesar concepţiei scade spectaculos deoarece proiectantul are la dispoziţie într-o bancă de date desenele 2D şi/sau 3D ale modulelor, nemaifiind necesară desenarea acestora. Actualmente există programe puternice de proiectare aproape completă a DPM, multe dintre ele integrând elemente de IA;
- procesul de documentare a DPM este mult simplificat. Dacă nu se utilizează CAD este suficientă o fotografiere sau filmare a dispozitivului proiectat şi testat, însoţit de o listă a modulelor. Doar în cazul DPM complicate este necesară o descriere a procesului de asamblare.
- procesul de îmbunătăţire on line a DPM este facilitat de posibilitatea modificării rapide a poziţiilor, orientărilor modulelor, înlocuirii lor;
- orice defecţiune apărută la un DPM se înlătură rapid prin înlocuirea modului defect cu unul care funcţionează;
- pentru DPM relativ simple concepţia şi asamblarea DPM poate fi rezolvată direct de
către un operator de exploatare a setului modular sau chiar de operatorul MU, fără a se mai
apela la serviciul specializat de proiectare a SDV-urilor. Această posibilitate poate fi
exploatată pentru scăderea perioadei de timp necesare implementării unui DPM.
- timpii de setup la instalarea unui DPM pe o MU sunt reduşi, cei mai mici întâlnindu-
se la DPM instalate pe palete.
- costul depozitării DPM este mai mic decât cel al dispozitivelor permanente datorită
faptului că după efectuarea sarcinii de producţie DPM se dezasamblează iar modulele
necesită un spaţiu de depozitare mai redus.
În concluzie, seturile modulare actuale permit construirea unor
dispozitive care au precizia uzuală a dispozitivelor dedicate şi un cost
comparabil cu al dispozitivelor universale.
Principalele limitări ale utilizării DPM sunt:
- un set modular este scump: conţine multe tipuri de componente, fiecare dintre
acestea în mai multe variante dimensionale; pentru componentele de bază se utilizează
oţeluri aliate rezistente la uzură 60 HRC, prelucrare în clasa 5, 6, 7 ISO; în consecinţă, dacă
nu este optim exploatat poate produce efecte economice negative;
- datorită necesităţii înserierii mai multor module, erorile geometrice ale componentelor
asamblate se însumează ducând atât la scăderea preciziei cât şi la diminuarea rigidităţii. În
general, DPM nu sunt destinate fixării pieselor care sunt supuse prelucrărilor foarte precise;
- un DPM este construit pe baza unui set dat, cu modulele într-un număr finit de
tipodimensiuni, în consecinţă, datorită combinaţiilor limitate este posibil să rezulte un DPM
relativ complicat în comparaţie cu unul dedicat;
- datorită faptului că sunt masive şi dificil de echilibrat, DPM se instalează pe mesele
MU care nu au viteze mari: maşini de frezat şi centre de prelucrare, nu pe strunguri sau
maşini de rectificat rotund;
- din seturile modulare se pot asambla dispozitive de prindere cu precădere pentru
semifabricate paralelipipedice (carcase, semifabricate tip placă etc.) şi mai puţin pentru cele
de revoluţie;
- în general, gabaritul unui DPM este mai mare decât a unui DP dedicat;
- există puţine seturi modulare care permit integrarea şi a unor module cu acţionare
fluidică (în principal hidraulică), marea majoritate a seturilor se bazează exclusiv pe
module acţionate manual, cu dezavantajele legate de inconstanţa aplicării forţelor de
acţionare şi a productivităţii mai scăzute;
- concepţia DPM pentru semifabricate cu forme complicate, sau care sunt utilizate
pentru operaţii tehnologice complexe este dificilă, necesitând proiectanţi cu înaltă
calificare;
- seturile modulare comerciale sunt prea generale pentru a fi utilizate în anumite
medii industriale. În consecinţă, actualmente există numeroase aplicaţii care nu pot fi
acoperite prin intermediul acestora.
EXEMPLU: SISTEMUL MODULAR AMF M12 (vezi fişierul SM AMF-M12m 2006_v1.pps )
CA
PP
- C
om
pu
ter
Aid
ed
Pro
cess
Pla
nn
ing
CA
D -
Co
mp
ute
r A
ide
d D
esi
gn
MR
P -
Ma
nu
fact
urin
g R
eso
urc
e P
lan
nin
g
- Determinarea setup-urilor. Obiectivul acestei etape este determinarea numărului de
setup-uri necesare prelucrării piesei, poziţiei şi orientării semifabricatului în fiecare setup şi
a suprafeţelor care urmează a fi prelucrate.
- Proiectarea conceptuală a dispozitivelor are ca obiective determinarea suprafeţelor de
bazare, a celor de fixare, eventual a celor de rezemare suplimentară şi stabilirea vagă a
elementelor de dispozitiv implicate şi în final a punctelor de contact între elementele de
dispozitiv şi suprafeţele piesei. De obicei se generează mai multe variante care printr-un
proces succesiv de mai multe etape de sinteză-analiză sunt filtrate ajungându-se la o
soluţie conceptuală acceptabilă. Acesta este cunoscut sub numele de metoda
convergenţei dirijate.
- În etapa de proiectare configurativă sunt selectate elementele de dispozitiv cu funcţii de
bazare, fixare şi le sunt stabilite poziţiile şi orientările exacte, în plus sunt determinate şi
alte elemente de dispozitiv cu funcţii auxiliare.
Met
oda
conv
erge
nţei
diri
jate
ET
AP
EL
E
DE
E
LA
BO
RA
RE
A
P
RO
IEC
TU
LU
I U
NU
I D
PM
7. SELECTIE DISPOZITIV MODULAR OPTIM
START
1. CULEGEREA SI PRELUCRAREA DATELOR
2. STABILIREA ARHITECTURII DISPOZITIVULUI
3. SINTEZA SI IERARHIZAREA SCHEMELOR DE BAZARE MODULARE
i = 1 ... n
i :=0i := i+1
4. SINTEZA REAZMELOR NEMODULARE
REAZEME NEMODULARE ?
5. PRECIZIE GEOMETRICA SUFICIENTA A SBM?
DA
NU
6. SINTEZA SUBSISTEMULUI DE FIXARE MODULAR
i < n
NU
6. SINTEZA SUBSISTEMULUI DE FIXARE MODULAR
8. ELABORAREA DESENULUI DE ANSAMBLU
STOP
i < n
Etapele de sinteză de mai sus presupun următoarele ipoteze: prelucrările se
efectuează pe maşini unelte cu CN (MUCN, în general de tipurile: centre de prelucrare, freze,
maşini de găurit; pe un DPM se plasează unul sau mai multe semifabricate identice, dacă nu,
algoritmul se repetă pentru fiecare reper.
1. În prima etapă se culeg şi se prelucrează datele necesare elaborării proiectului. În
condiţiile unei producţii de serie mică principala sursă de informare este fişa tehnologică, în
plus se estimează forţele, momentele şi puterea de aşchiere.
2. Determinare arhitecturii DPM: tipul de corp al DPM, numărul de semifabricate
prinse pe un DPM, poziţia şi orientarea semifabricatului relativ la traiectoria sculei/sculelor
aşchietoare.
3. Obiectivul etapei este enumerarea câtorva scheme de bazare modulare (SBM)
(i=1 ... n), realizabile cu modulele existente şi care preiau gradele de libertate necesare
prelucrării corecte a semifabricatului, apoi ierarhizarea acestora pe baza unui proces de
decizie multiatribut. Procesul de proiectare continuă cu SBM estimate ca fiind cele mai
performante.
4. În general, DPM se asamblează exclusiv pe baza modulelor aparţinând unui set
modular dat, numai în situaţii excepţionale se acceptă şi componente speciale, neaparţinând
sistemului modular. Apelarea la astfel de componente alogene, care trebuie proiectate şi
executate, măresc perioada de pregătire a fabricaţiei, de obicei cu efecte economice negative.
5. Pentru SBM curentă se verifică precizia geometrică (calculată pe baza
modelului geometric al semifabricatului şi DPM, deci erorile induse de bazare şi de
imprecizia constructivă a DPM). Dacă SBM nu este suficient de precisă, aceasta este
abandonată şi se lansează următoarea SBM.
6. Sinteza subsistemului de fixare presupune analiza mai multor variante de
strângere a semifabricatului, calculul forţelor de fixare, estimarea deformaţiilor elasto-
plastice ale sistemului şi alegerea variantei optime.
7. Selectarea DPM se efectuează luând în considerare întreg ansamblul
dispozitivului, prin decizie multiatribut.
8. Proiectul se finalizează prin întocmirea desenului de ansamblu al DPM.