Despre proiectarea dispozitivelor

68
TUDOR PĂUNESCU [email protected] 2008

description

Despre proiectarea dispozitivelor

Transcript of Despre proiectarea dispozitivelor

Page 1: Despre proiectarea dispozitivelor

TUDOR PĂUNESCU

[email protected]

Page 2: Despre proiectarea dispozitivelor
Page 3: Despre proiectarea dispozitivelor
Page 4: Despre proiectarea dispozitivelor

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.

Page 5: Despre proiectarea dispozitivelor

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

Page 6: Despre proiectarea dispozitivelor

CRITERIUL II DE SISTEMATIZARE A DISPOZITIVELOR DE LUCRU

FUNCŢIA LOR PRINCIPALĂ

DISPOZITIVE DE PRINDERE

DISPOZITIVE DE PRELUCRARE DISPOZITIVE DE DIVIZARE

Page 7: Despre proiectarea dispozitivelor

Exemplu de dispozitiv de prindere instalat pe un centru de prelucrare vertical

Clic

pe

ima

gin

e

Page 8: Despre proiectarea dispozitivelor

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.

Page 9: Despre proiectarea dispozitivelor

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.

Page 10: Despre proiectarea dispozitivelor

- 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.

Page 11: Despre proiectarea dispozitivelor

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)

Page 12: Despre proiectarea dispozitivelor

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

Page 13: Despre proiectarea dispozitivelor

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

Page 14: Despre proiectarea dispozitivelor

CRITERIUL III DE SISTEMATIZARE

ADAPTABILITATEA DISPOZITIVULUI LA FORMA

SI DIMENSIUNILE PIESELOR

DISPOZITIVE

SPECIALE

DISPOZITIVE

SPECIALIZATE

DISPOZITIVE

UNIVERSALEDISPOZITIVE

MODULARE

Page 15: Despre proiectarea dispozitivelor

EX

EM

PLE

DE

DIS

PO

ZIT

IVE

DE

PR

IND

ER

E U

NIV

ER

SA

LE

Page 16: Despre proiectarea dispozitivelor

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

Page 17: Despre proiectarea dispozitivelor

Mandrine universale cu

2, 3 şi 4 fălci pentru

operaţii de strunjireMandrină autocentrantă cu mecanism spirală lui

Arhimede, acţionată manuală

Page 18: Despre proiectarea dispozitivelor

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

Page 19: Despre proiectarea dispozitivelor

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.

Page 20: Despre proiectarea dispozitivelor

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.

Page 21: Despre proiectarea dispozitivelor

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.

Page 22: Despre proiectarea dispozitivelor
Page 23: Despre proiectarea dispozitivelor

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).

Page 24: Despre proiectarea dispozitivelor
Page 25: Despre proiectarea dispozitivelor

Placa de bază

Module de reazem

Modul de reazem reglabil pe placa de bază

Modul de fixarelaterală a piesei

Piesa prinsă în dispozitiv

Înapoi

Page 26: Despre proiectarea dispozitivelor

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

Page 27: Despre proiectarea dispozitivelor

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.

Page 28: Despre proiectarea dispozitivelor

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

Page 29: Despre proiectarea dispozitivelor

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

Page 30: Despre proiectarea dispozitivelor

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)

Page 31: Despre proiectarea dispozitivelor

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

Page 32: Despre proiectarea dispozitivelor

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

Page 33: Despre proiectarea dispozitivelor

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

Page 34: Despre proiectarea dispozitivelor

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

Page 35: Despre proiectarea dispozitivelor

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.

Page 36: Despre proiectarea dispozitivelor

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.

Page 37: Despre proiectarea dispozitivelor

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)

Page 38: Despre proiectarea dispozitivelor

Clic

pe

ima

gin

e

Exemplu de montare a unei bride reglabile discret pe înălţime pentru fixarea unui semifabricat direct pe masa MU

Page 39: Despre proiectarea dispozitivelor

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

Page 40: Despre proiectarea dispozitivelor

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

Page 41: Despre proiectarea dispozitivelor

BRIDĂ ONE-TOUCH

Clic

pe

ima

gin

e

Page 42: Despre proiectarea dispozitivelor

Clic

pe

ima

gin

e

DISPOZITIV DE PRINDERE CARE UTILIZEAZĂ BRIDE ONE-TOUCH

Page 43: Despre proiectarea dispozitivelor
Page 44: Despre proiectarea dispozitivelor

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.

Page 45: Despre proiectarea dispozitivelor

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

Page 46: Despre proiectarea dispozitivelor

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.

Page 47: Despre proiectarea dispozitivelor

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.

Page 48: Despre proiectarea dispozitivelor

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).

Page 49: Despre proiectarea dispozitivelor

 

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

Page 50: Despre proiectarea dispozitivelor
Page 51: Despre proiectarea dispozitivelor

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.).

Page 52: Despre proiectarea dispozitivelor

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.

Page 53: Despre proiectarea dispozitivelor

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.

Page 54: Despre proiectarea dispozitivelor

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.

Page 55: Despre proiectarea dispozitivelor
Page 56: Despre proiectarea dispozitivelor

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.

Page 57: Despre proiectarea dispozitivelor

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.

Page 58: Despre proiectarea dispozitivelor

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;

Page 59: Despre proiectarea dispozitivelor

- 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.

Page 60: Despre proiectarea dispozitivelor

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;

Page 61: Despre proiectarea dispozitivelor

- 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 )

Page 62: Despre proiectarea dispozitivelor
Page 63: Despre proiectarea dispozitivelor

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

Page 64: Despre proiectarea dispozitivelor

- 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.

Page 65: Despre proiectarea dispozitivelor

Met

oda

conv

erge

nţei

diri

jate

Page 66: Despre proiectarea dispozitivelor

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

Page 67: Despre proiectarea dispozitivelor

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.

Page 68: Despre proiectarea dispozitivelor

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.