Gavril BUDĂU

MAŞINI-UNELTE

PENTRU

PRELUCRAREA

LEMNULUI

PARTEA I

CINEMATICA. ORGANOLOGIA. COMANDA.

EDIłIA A II-A - REVIZUITĂ ŞI COMPLETATĂ

EDITUTRA UNIVERSITĂłII “TRANSILVANIA” DIN BRAŞOV

2011

© 2011 EDITURA UNIVERSITĂŢII TRANSILVANIA DIN BRAŞOV

Adresa: 500091 Braşov,

B-dul Iuliu Maniu 41A Tel:0268 – 476050

Fax: 0268 476051 E-mail : editura@unitbv.ro

Tipărit la: Tipografia Universităţii "Transilvania" din Braşov B-dul Iuliu Maniu 41A Tel: 0268 – 476050

Toate drepturile rezervate Editură acreditată de CNCSIS Adresa nr.1615 din 29 mai 2002

Referenţi ştiinţifici: Prof. dr. ing. Constantin LĂZĂRESCU

Prof. dr. ing. Mihai ISPAS

Tehnoredactare: Ing. Nicoleta GERE

Coperta şi grafica: Ing. Theodor HRIŢCU

Corectură: Autorul

PREFAłĂ

la EdiŃia a II-a

EvoluŃia procesului de învăŃământ implică nu numai pregătirea conŃinutului

informativ transmis studenŃilor ci, mai ales, perfecŃionarea mijloacelor de învăŃământ, a noilor posibilităŃi de documentare-informare a studenŃilor.

Crearea platformei E-learning la Universitatea Transilvania din Braşov, asigurarea condiŃiilor tehnice pentru ca fiecare student să beneficieze de acces liber şi facil la documentare, a impus restructurarea şi revizuirea cursului de Maşini-Unelte pentru

Prelucrarea Lemnului. Partea I. Având în vedere structura anului universitar, cursul a fost împărŃit în 11 unităŃi de

învăŃare, fiecare unitate de învăŃare cu obiective operaŃionale bine precizate. Corelarea conŃinutului fiecărei unităŃi de învăŃare cu obiectivele operaŃionale şi

modalităŃile de evaluare (itemi obiectivi şi semiobiectivi) permit studenŃilor o înŃelegere şi – mai ales – însuşirea graduală a cunoştinŃelor.

Structura cursului astfel prezentată permite o evaluare continuă astfel încât examinarea finală să nu mai fie o “problemă” de memorare, ci un sumum de competenŃe acumulate pe parcursul semestrului.

ConŃinutul ştiinŃific al ediŃiei a II-a a lucrării, revizuit şi completat, respectă în cea mai mare măsură ediŃia întâia, iar forma de prezentare reprezintă elementul de noutate.

Compatibilă din punct de vedere ştiinŃific cu ediŃia întâia, ediŃia a II-a – revizuită şi completată – aduce ca principală noutate didactică forma de prezentare şi organizare a conŃinutului pe unităŃi de învăŃare.

Ne exprimăm speranŃa că această modalitate inovativă din punct de vedere didactic va constitui pentru studenŃi un imbold şi o facilitate în asimilarea cunoştinŃelor şi dobândirea competenŃelor necesare.

Autorul

1

Cuprins

Introducere................................................................................................................................ 5 Unitatea de învăţare I.1. Noţiuni introductive....................................................................... 7

I.1.1. Introducere. ............................................................................................................7 I.1.2. Competenţe. ...........................................................................................................7 I.1.3. Noţiuni de bază. Definiţii. ..................................................................................... 7 I.1.4. Particularităţi tehnologice ale prelucrării lemnului ............................................. 10 I.1.5. Metode de prelucrare mecanică a lemnului ......................................................... 11 I.1.6. Clasificarea şi simbolizarea MUPL..................................................................... 12

I.1.6.1. Clasificarea MUPL ................................................................................. 12 I.1.6.2. Simbolizarea MUPL ............................................................................... 17

I.1.7. Test de evaluare............................ . ......................................................................18 Unitatea de învăţare II.1. Bazele teoretice ale generării suprafeţelor pieselor din lemn 19

II.1.1. Introducere ......................................................................................................... 19 II.1.2. Competenţe......................................................................................................... 19 II.1.3. Noţiuni generale privind piesa de lemn şi condiţiile tehnice de execuţie ale acesteia.......................................................................................................................... 20 II.1.4. Cinematica generării suprafeţelor pieselor din lemn.......................................... 24

II.1.4.1. Generatoarea teoretică .......................................................................... 25 II.1.4.2. Generatoarea tehnologică ..................................................................... 26 II.1.4.3. Directoarea teoretică............................................................................. 28 II.1.4.4. Directoarea tehnologică........................................................................ 29

II.1.5. Definirea şi clasificarea mişcărilor de generare ................................................. 31 II.1.6. Test de evaluare.................................................................................................. 34

Unitatea de învăţare III.1. Cinematica MUPL.................................................................... 35 III.1.1. Introducere........................................................................................................ 35 III.1.2. Competenţe ....................................................................................................... 35 III.1.3. Definirea, structura şi clasificarea lanţurilor cinematice .................................. 35

III.1.3.1. Definirea noţiunii de lanţ cinematic .................................................. 36 III.1.3.2. Structura lanţului cinematic .............................................................. 36 III.1.3.3. Clasificarea lanţurilor cinematice...................................................... 40

III.1.4. Calculul lanţurilor cinematice .......................................................................... 46 III.1.4.1. Calculul cinematic al lanţurilor cinematice ...................................... 46 III.1.4.2. Calculul dinamic al lanţurilor cinematice ......................................... 49

III.1.5. Test de evaluare ................................................................................................ 52 Unitatea de învăţare IV.1. Lanţuri cinematice generatoare de tăiere............................... 53

IV.1.1. Introducere.........................................................................................................53

2

IV.1.2. Competenţe ....................................................................................................... 53 IV.1.3. Lanţuri cinematice generatoare de tăiere.......................................................... 53

IV.1.3.1. Lanţuri cinematice generatoare de tăiere pentru mişcarea de rotaţie... 54 IV.1.3.2. Lanţuri cinematice generatoare de tăiere pentru mişcarea rectilinie continuă ............................................................................................................... 61 IV.1.3.3. Lanţuri cinematice generatoare de tăiere pentru mişcarea rectilinie-alternativă............................................................................................................ 63

IV.1.4. Test de evaluare................................................................................................ 65 Unitatea de învăţare V.1. Lanţuri cinematice generatoare de avans şi auxiliare............. 66

V.1.1. Introducere ......................................................................................................... 66 V.1.2. Competenţe ........................................................................................................ 66 V.1.3. Lanţuri cinematice generatoare de avans ........................................................... 67

V.1.3.1. Noţiuni generale privind avansul şi viteza de avans ............................. 67 V.1.3.2. Clasificarea lanţurilor cinematice de avans .......................................... 71 V.1.3.3. Lanţuri cinematice generatoare de avans pentru mişcarea de rotaţie.... 72 V.1.3.4. Lanţuri cinematice generatoare de avans pentru mişcarea rectilinie-continuă............................................................................................................... 76 V.1.3.5. Lanţuri cinematice generatoare de avans pentru mişcarea rectilinie-alternativă............................................................................................................ 78 V.1.3.6. Lanţuri cinematice generatoare de avans pentru mişcarea intermediară86

V.1.4. Lanţuri cinematice auxiliare .............................................................................. 88 V.1.4.1. Lanţuri cinematice auxiliare de fixare................................................... 88 V.1.4.2. Lanţuri cinematice auxiliare de poziţionare .......................................... 90 V.1.4.3. Lanţuri cinematice auxiliare de reglare................................................. 92

V.1.5. Test de evaluare ................................................................................................. 92 Unitatea de învăţare VI.1. Reglarea lanţurilor cinematice ................................................ 93

VI.1.1. Introducere ....................................................................................................... 93 VI.1.2. Competenţe ...................................................................................................... 93 VI.1.3. Definirea mărimilor de reglare......................................................................... 94 VI.1.4. Reglarea pe cale mecanică a lanţurilor cinematice .......................................... 95

VI.1.4.1. Mecanisme pentru reglarea turaţiilor în trepte..................................... 95 VI.1.4.2. Mecanisme pentru reglarea continuă a turaţiilor................................ 102

VI.1.5. Acţionarea şi reglarea pe cale hidraulică a lanţurilor cinematice .................. 104 VI.1.5.1. Structura sistemelor de acţionare hidraulică...................................... 105 VI.1.5.2. Mediul hidraulic şi principalele lui caracteristici .............................. 106 VI.1.5.3. Parametrii transferului energetic în acţionarea hidraulică ................. 107 VI.1.5.4. Elementele sistemelor de acţionare hidraulică .................................. 109

VI.1.6. Test de evaluare ............................................................................................. 118

3

Unitatea de învăţare VII.1. Acţionarea şi reglarea pe cale pneumatică şi electrică ...... 119 VII.1.1. Introducere .................................................................................................... 119 VII.1.2. Competenţe ................................................................................................... 119 VII.1.3. Acţionarea şi reglarea pe cale pneumatică a lanţurilor cinematice............... 119

VII.1.3.1. Structura sistemelor de acţionare pneumatică .................................. 120 VII.1.4. Acţionarea şi reglarea pe cale electrică a lanţurilor cinematice.................... 123

VII.1.4.1. Reglarea turaţiei motoarelor electrice asincrone .............................. 123 VII.1.4.2. Reglarea turaţiei motoarelor electrice de curent continuu................ 127 VII.1.4.3. Aparate electrice ale sistemelor de acţionare şi comandă ale maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului ................................................................... 130

VII.1.5. Test de evaluare ............................................................................................ 134 Unitatea de învăţare VIII.1. Structura organologică a MUPL. Batiuri şi ghidaje ........ 135

VIII.1.1. Introducere................................................................................................... 135 VIII.1.2. Competenţe.................................................................................................. 135 VIII.1.3. Consideraţii generale ................................................................................... 135 VIII.1.4. Batiurile maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului (MUPL)................ 138

VIII.1.4.1. Batiurile monobloc.......................................................................... 139 VIII.1.4.2. Batiurile compuse............................................................................ 144

VIII.1.5. Sisteme de ghidare....................................................................................... 148 VIII.1.5.1. Clasificarea ghidajelor .................................................................... 149 VIII.1.5.2. Ghidaje de alunecare ....................................................................... 150 VIII.1.5.3. Ghidaje de rostogolire ..................................................................... 155

VIII.1.6. Test de evaluare ........................................................................................... 161 Unitatea de învăţare IX.1. Sisteme de bazare. Saboţi şi sănii. Arbori port-cuţite şi Axe port-sculă............................................................................................................................... 162

IX.1.1. Introducere...................................................................................................... 162 IX.1.2. Competenţe ..................................................................................................... 162 IX.1.3. Sisteme de bazare a pieselor din lemn............................................................ 163

IX.1.3.1. Mesele................................................................................................ 163 IX.1.3.2. Rigle de ghidare şi sprijin .................................................................. 168 IX.1.3.3. Reazeme şi opritoare.......................................................................... 172 IX.1.3.4. Mecanisme de avans speciale ............................................................ 174 IX.1.3.5. Dispozitive de presare, strângere şi fixare ......................................... 176

IX.1.4. Saboţi şi sănii.................................................................................................. 178 IX.1.5. Arbori port-cuţite şi axe port-sculă ................................................................ 182

IX.1.5.1. Arbori port-cuţite şi axe port-sculă la care scula se montează în consolă .............................................................................................................. 183

4

IX.1.5.2. Arbori port-cuţite şi axe port-sculă la care scula se montează între lagăre ................................................................................................................. 187

IX.1.6. Test de evaluare.............................................................................................. 187 Unitatea de învăţare X.1. Sisteme de comandă ale MUPL............................................... 188

X.1.1. Introducere....................................................................................................... 188 X.1.2. Competenţe...................................................................................................... 188 X.1.3. Definirea, structura şi clasificarea sistemelor de comandă ............................. 188

X.1.3.1. Definirea conceptului de comandă ...................................................... 189 X.1.3.2. Structura sistemelor de comandă ........................................................ 190 X.1.3.3. Clasificarea sistemelor de comandă .................................................... 191

X.1.4. Sisteme de comandă manuală.......................................................................... 191 X.1.4.1. Cerinţe ergonomice ale sistemelor de comandă manuală ................... 191 X.1.4.2. Sisteme de comandă manuală cu elementele mecanice ...................... 193 X.1.4.3. Sisteme de comandă manuală cu elemente electrice........................... 196

X.1.5. Test de evaluare............................................................................................... 201 Unitatea de învăţare XI.1. Sisteme de comandă automată............................................... 202

XI.1.1. Introducere ..................................................................................................... 202 XI.1.2. Competenţe .................................................................................................... 202 XI.1.3. Sisteme de comandă automată ....................................................................... 202

XI.1.3.1. Clasificarea sistemelor de comandă automată ................................... 204 XI.1.3.2. Sisteme de comandă numerică........................................................... 206 XI.1.3.3. Sisteme de comandă adaptivă ............................................................ 216

XI.1.4. Test de evaluare ............................................................................................. 221 Bibliografie............................................................................................................................ 222

5

Introducere

Acest curs îşi propune să asigure minimum de cunoştinţe necesare înţelegerii părţii a

II-a a disciplinei MUPL respectiv „Construcţia. Funcţionarea şi Reglarea Maşinilor-unelte”. Pornind de la însuşirea noţiunilor de „piesă din lemn” şi posibilităţile de generare –

teoretice şi tehnologice – ale pieselor din lemn, în continuare se analizează structura cinematică a lanţurilor cinematice întâlnite la majoritatea tipurilor de MUPL.

Un loc distinc îl ocupă prezentarea modalităţilor de reglare pe cale mecanică a lanţurilor cinematice, precum şi acţionarea şi reglarea hidraulică, pneumatică şi electrică a acestora.

Structura organologică a MUPL este prezentată sistematizat, pornind de la funcţiile pe care trebuie să le îndeplinească fiecare subansamblu, evidenţiindu-se atât funcţionarea cât şi forma constructivă a fiecărui subansamblu.

Descrierea sistemelor de comandă ale MUPL, de la cele mai simple – comanda manuală, la cele mai complexe – sisteme de comandă numerică şi adaptivă, întregeşte volumul de cunoştinţe necesar oricărui bun inginer pentru a putea însuşi, în partea a II-a, noţiunile privind construcţia, funcţionarea şi reglarea MUPL.

Obiectivele cursului

La sfârşitul acestui curs, studentul va fi capabil să:

● Cunoască importanţa şi locul MUPL în procesul de producţie.

● Însuşească noţiunile de bază privind cinematica generării suprafeţelor pieselor

din lemn pe MUPL.

● Înţeleagă şi să descrie structura oricărui lanţ cinematic.

● Cunoască modalităţile de acţionare şi reglare a lanţurilor cinematice.

● Descrie structura organologică a oricărei MUPL.

● Însuşească noţiunile legate de comanda MUPL.

Competenţe conferite

După parcurgerea materialului, studentul va fi capabil să:

definească corect termenii de specialitate specifici;

descrie structura cinematică, organologică şi de comandă a oricărei MUPL;

reprezinte cu ajutorul semnelor convenţionale schema cinematică a unei MUPL;

identifice posibilităţile de lucru (regim de lucru, posibilităţi de reglare etc.)

pentru MUPL.

6

Resurse şi mijloace de lucru

Partea teoretică din materialul de curs se prezintă cu ajutorul videoproiectorului,

întregul curs se găseşte redactat şi în format electronic. Lucrările practice se susţin

în laboratorul de specialitate.

Structura cursului

Cursul este structurat pe 11 (unsprezece) unităţi de învăţare, conţinând partea

teoretică.

Testele de evaluare sunt prevăzute sub forma unor teste scrise, cu itemi obiectivi,

semiobiectivi şi subiectivi. Exemple de itemi pentru autoevaluare şi evaluare

continuă se găsesc la sfârşitul fiecărei unităţi de învăţare.

Sunt prezentate 4 (patru) teste de evaluare continuă, după cum urmează:

Testul I – după prezentarea unităţilor de învăţare UI şi UII.

Testul II – după prezentarea unităţilor de învăţare UIII, UIV şi UV.

Testul III – după prezentarea unităţilor de învăţare UVI şi UVII.

Testul IV – după prezentarea unităţilor de învăţare UVIII, UIX, UX şi UXI.

Cerinţe preliminare

Disciplina are la bază noţiuni de geometrie descriptivă, organe de maşini,

acţionţionări electrice, hidraulice şi pneumatice, bazele prelucrării lemnului,

discipline existente în curricula studenţilor în anii I – III.

Durata medie de studiu individual

Fiecare unitate de învăţare este astfel structurată încât, pentru însuşirea părţii

teoretice să fie necesare 2-4 ore.

Evaluarea Evaluările pe parcurs se desfăşoară sub forma celor 4 teste de evaluare continuă.

Ponderea lor în nota finală reprezintă 60%. Restul de 40% din nota finală îl

reprezintă rezultatul testului final la lucrările de laborator. Suplimentar se poate

acorda şi un bonus de maxim 10% pentru prezenţă. Evaluare finală – în sesiune,

calculul punctajului la teste promovate şi susţinerea numai a testelor nepromovate

pe parcurs.

Succes!

7

Unitatea de învăţare I.1. Noţiuni introductive

Cuprins

I.1.1. Introducere. ............................................................................................................7 I.1.2. Competenţe. ...........................................................................................................7 I.1.3. Noţiuni de bază. Definiţii. ..................................................................................... 7 I.1.4. Particularităţi tehnologice ale prelucrării lemnului ............................................. 10 I.1.5. Metode de prelucrare mecanică a lemnului ......................................................... 11 I.1.6. Clasificarea şi simbolizarea MUPL..................................................................... 12

I.1.6.1. Clasificarea MUPL ................................................................................. 12 I.1.6.2. Simbolizarea MUPL ............................................................................... 17

I.1.7. Test de evaluare............................ . ......................................................................18

I.1.1. Introducere Prima unitate de învăţare este dedicată familiarizării cu termeni specifici legaţi

de noţiunile de maşină, maşină de lucru, maşină-unealtă pentru prelucrarea lemnului.

Pentru înţelegerea particularităţilor specifice privind prelucrarea mecanică a lemnului se prezintă metodele de prelucrare mecanică a lemnului şi, pe baza lor, clasificarea şi simbolizarea MUPL.

I.1.2. Competenţe

După parcurgerea acestei unităţi de învăţare, studentul va fi capabil să:

■ definească corect termenii specifici disciplinei;

■ explice particularităţile prelucrării mecanice a lemnului;

■ descrie criteriile de clasificare a MUPL;

■ explice simbolizarea MUPL.

Durata medie de parcurgere a acestei unităţi de învăţare este de 2 ore.

I.1.3. Noţiuni de bază. Definiţii.

Pentru înţelegerea importanţei MUPL, a locului şi rolului lor în pregătirea viitorului

profesionist în domeniul industriei lemnului, considerăm necesară prezentarea unor elemente de terminologie şi definirea unor noţiuni referitoare la maşină – în general – şi maşină – unealtă, în special.

8

Conform definiţiilor din Lexiconul tehnic român şi din Dicţionarul enciclopedic român, noţiunea de maşină este prezentată astfel:

Sistem tehnic format din organe şi mecanisme care execută mişcări determinate pentru efectuarea de lucru mecanic util sau pentru transformarea unei forme de energie în energie mecanică sau invers.

Potrivit acestei definiţii, maşinile pot fi: • maşini de forţă – care transformă o formă de energie în lucru mecanic (ex: toate

tipurile de motoare) sau energia mecanică în altă formă de energie (generatoare); • maşini de lucru – care efectuează un lucru mecanic util, folosite la prelucrarea sau

deplasarea materialelor (a unor obiecte). Maşinile de lucru, deci, sunt acele tipuri de maşini care primesc energie sub diferite

forme şi o transformă în lucru mecanic util, cu ajutorul căruia se execută operaţii diverse, lucrări, sau se realizează diverse produse sau obiecte. Domeniul maşinilor de lucru este imens, ele constituind, practic, mijloacele de producţie de bază în toate industriile (extractivă, metalurgică, chimică, prelucrătoare, alimentară etc.) sau agricultură.

Deşi atât de diverse, maşinile de lucru se pot grupa în două mari categorii: • maşini de prelucrare; • maşini de transport (şi ridicat).

Maşinile de prelucrare - sunt acele maşini de lucru care sunt folosite la prelucrarea materialelor sau obiectelor prin diverse procedee ca: deformare plastică, tăiere, sfărâmare, separare, asamblare, agrafare etc.

În industria prelucrătoare – deci şi în industria lemnului – maşinile de prelucrare servesc la efectuarea diferitelor procese de prelucrare, având drept scop realizarea unor piese prin modificarea formei, dimensiunilor şi, uneori, chiar a structurii materialelor din natură.

Maşinile de transport – sunt acele maşini de lucru care sunt folosite pentru deplasarea obiectelor (vehicule terestre, navale, aeriene etc).

Prin urmare domeniul maşinilor de prelucrare cuprinde maşinile pentru deformări plastice, maşinile de mărunţit diverse materiale, maşinile de separat, maşinile-unelte, maşini de agregare, maşini de asamblare, maşini combinate etc.

În ansamblul maşinilor de prelucrare, un rol distinct îl ocupă maşinile-unelte. Maşina-unealtă – este o maşină de prelucrare, echipată cu scule adecvate pentru

efectuarea operaţiilor de tăiere (aşchiere) sau deformare plastică a unor piese sau obiecte de metal sau materiale nemetalice (lemn, mase plastice etc.).

Ţinând cont de această definiţie a noţiunii de maşină-unealtă, se poate defini maşina-unealtă pentru prelucrarea lemnului – MUPL – astfel:

MUPL - este un sistem tehnic format din organe de maşini şi mecanisme, echipat cu scule tăietoare, care execută mişcări specifice, având drept scop prelucrarea materialelor lemnoase în vederea obţinerii de piese din lemn cu forme şi dimensiuni bine determinate.

Altfel spus, maşina-unealtă pentru prelucrarea lemnului este o maşină de prelucrare echipată cu scule aşchietoare adecvate, destinată prelucrării mecanice a lemnului sau a produselor pe bază de lemn.

O maşină-unealtă agregat reprezintă concentrarea unor unităţi de lucru (capete de lucru) pe un batiu comun şi prelucrarea pieselor din lemn simultan sau succesiv, în ciclu semiautomat sau automat.

Maşinile-unelte agregat pot avea unităţi de lucru (capete de lucru) care execută operaţii diverse sau identice (caz în care se realizează prelucrarea simultană a mai multor piese).

Apariţia maşinilor unelte agregat a fost determinată de necesitatea creşterii capacităţilor de lucru, de concentrarea unor operaţii de prelucrare pe suprafeţe cât mai mici, eliminarea transportului inter-operaţii etc.

9

Prin utilaj (de la latinescul utilis = folositor) se înţelege un ansamblu de instalaţii, maşini, aparate, scule, instrumente, dispozitive şi diferite accesorii, folosit pentru executarea unei lucrări sau pentru realizarea unui proces tehnologic.

Prin linie tehnologică (semiautomată sau automată) se defineşte ansamblul format din mai multe maşini de prelucrare sau maşini-unelte agregat, diverse echipamente auxiliare şi aparatură de comandă şi control care efectuează un grup de operaţii tehnologice din cadrul unui proces de prelucrare (de fabricaţie).

Pentru sistematizarea noţiunilor de maşină - maşină-unealtă, în fig.1.1. se prezintă sintetic definirea noţiunii de maşină.

Pentru a evidenţia diferenţa dintre o maşină-unealtă şi o maşină de prelucrare, se poate

exemplifica astfel: • o maşină de frezat (de îndreptat, de rindeluit etc.), echipată cu scule aşchietoare

specifice, face parte din categoria maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului; • o maşină de turnat lac (sau o maşină de aplicat adezivi cu cilindrii etc.) este o

maşină de prelucrare, căci, nefiind echipată cu scule aşchietoare, nu poate fi inclusă în categoria maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului;

• una sau mai multe maşini de turnat lac, legate între ele prin transportoare de legătură acţionate, cu unul sau mai multe tunele de uscare şi maşini de şlefuit peliculă de lacuri (sau vopsele), formează o linie tehnologică de finisare;

• presa monoetajată (sau multietajată) împreună cu maşina de aplicat adezivi, transportorul de formare a pachetelor şi alimentare a presei, transportorul de descărcare împreună cu instalaţia de comandă şi control formează un utilaj tehnologic.

Fig. 1.1. Domeniul maşinilor unelte în conceptul general de maşină

Prin urmare, dată fiind marea varietate a metodelor şi procedeelor de prelucrare a lemnului (prelucrare mecanică, fizică, chimică, termomecanică) este lesne de înţeles şi marea varietate a maşinilor de prelucrare a lemnului. Pentru înţelegerea marii diversităţi constructive a MUPL şi a utilajelor tehnologice pentru prelucrarea lemnului, este necesară prezentarea particularităţilor tehnologice specifice ale prelucrării lemnului şi a materialelor lemnoase faţă de alte materiale sau materii prime.

10

I.1.4. Particularităţi tehnologice ale prelucrării lemnului

Prelucrarea materiei prime lemnoase în vederea transformării ei în produs finit cuprinde

o gamă largă de activităţi, realizate cu tehnologii specifice, cum ar fi: prelucrări mecanice, termice, chimice, termomecanice etc. Dintre toate aceste tipuri de prelucrări la care este supusă materia lemnoasă, prelucrarea mecanică reprezintă activitatea cea mai răspândită şi este realizată cu metode şi procedee din cele mai diverse.

Prelucrarea mecanică a lemnului se bazează pe două proprietăţi de bază ale acestuia:

plasticitatea şi mai ales divizibilitatea, proprietăţi determinate de structura şi proprietăţile fizico-mecanice ale lemnului.

Lemnul are o structură fibroasă, neomogenă, este anizotrop şi deci are valori diferite ale rezistenţelor mecanice în raport cu direcţiile de tăiere faţă de fibre. De asemenea, rezistenţele mecanice sunt mult mai mici în raport cu ale metalelor iar căldura specifică mare, ceea ce permite folosirea unor viteze de aşchiere şi de avans mult mai mari decât la prelucrarea metalelor (viteze de aşchiere de până la 100 m/s, respectiv viteze de avans de până la 120 m/min).

Utilizarea vitezelor de tăiere şi de avans mari la maşinile pentru prelucrarea lemnului impune alegerea corespunzătoare a structurii cinematice a acestora, a formei constructive şi, mai ales, a oţelurilor pentru diferite subansambluri mai solicitate (transmisii, arbori de lucru, axe etc.). De asemenea, cinematica şi forma constructivă a MUPL sunt influenţate şi de caracteristicile proceselor tehnologice, ştiut fiind faptul că, aceeaşi piesă din lemn, cu aceeaşi funcţionalitate, poate fi obţinută nu numai prin diferite metode de prelucrare, ci, în cadrul aceleiaşi metode, prin mai multe procedee.

Diversitatea foarte largă a produselor din lemn, atât ca produse industriale cât şi ca produse de larg consum (la ora actuală fiind cunoscute peste 10.000 de utilizări ale lemnului), necesită după cum s-a mai arătat, o gamă foarte diversă şi numeroasă de maşini-unelte pentru prelucrarea lemnului. Pentru a se putea aprecia multitudinea proceselor de prelucrare, formele şi dimensiunile semifabricatelor care intră în componenţa produselor finite precum şi diversitatea maşinilor-unelte necesare realizării lor, în figura 1.2. se prezintă sintetic o schemă tehnologică de prelucrare a lemnului, de la buştean la produsul finit.

Astfel, buşteanul sau catargul, preluat de la sectorul de exploatare a lemnului, este sortat şi secţionat în depozitul de buşteni. O parte din buşteni sunt debitaţi în cherestea cu ajutorul gaterelor sau ferăstraielor panglică. Procedeele moderne de debitare a buştenilor în cherestea asigură prelucrarea acestora concomitent cu tocarea marginilor (procedeul profilare-spintecare).

Capetele de buşteni, crengile, vârfurile catargelor şi alte rămăşiţe lemnoase sunt mărunţite (tocate) pentru obţinerea tocăturii şi a aşchiilor pentru fabricile de PAL şi PFL.

O categorie specială de buşteni – buşteni de derulaj – după secţionare sunt supuşi unui tratament termic de plastifiere iar butucii plastifiaţi sunt cojiţi şi cilindraţi, după care, prin derulare, se obţine furnirul tehnic destinat fabricării placajului şi panelului.

Altă categorie de buşteni, după secţionare sunt fasonaţi în prisme cu ajutorul unor ferăstraie panglică orizontale sau gatere orizontale iar prismele obţinute, după tratamentele termice de plastifiere, sunt prelucrate prin procedeul tăierii plane în furnire estetice, utilizate în fabricarea mobilei şi altor produse finite din lemn.

Capetele de buşteni, vârfurile de catarg, marginile şi lătunoaiele de la debitarea cherestelei sunt prelucrate prin despicare (dacă este cazul) şi apoi cojite pentru obţinerea lemnului de celuloză destinat fabricilor de celuloză şi hârtie.

11

Fig. 1.2. Schema tehnologică generală de prelucrare a lemnului

Toate aceste tehnologii de prelucrare şi transformare a buştenilor în produse semifinite

şi finite se realizează prin intermediul unei game largi şi diversificate de MUPL şi utilaje. Cheresteaua şi produsele semifinite din lemn (PAL, PFL, placaj, panel, furnire estetice

etc.) sunt supuse unei game largi de metode şi procedee de prelucrare mecanică cum ar fi: tăiere cu pânze circulare sau panglică; frezare prin: îndreptare, rindeluire, frezare de copiere, frezare cu freze deget, cilindrice etc; burghiere; strunjire şi şlefuire etc. Rezultatul acestor operaţii de prelucrare mecanică a lemnului, realizate cu o gamă largă de maşini-unelte, îl constituie elementele şi subansamblele care, prin asamblare şi montare, vor forma piese de mobilier sau alte produse finite din lemn.

Diversitatea produselor din lemn, multitudinea de forme şi dimensiuni ale pieselor din lemn, impune cu necesitate o mare varietate de maşini-unelte capabile să asigure prelucrarea lemnului după un număr mare de metode şi procedee de prelucrare.

I.1.5. Metode de prelucrare mecanică a lemnului

Prelucrarea mecanică a lemnului se bazează pe două proprietăţi de bază ale acestuia, plasticitatea şi divizibilitatea, proprietăţi ce conduc la o prelucrare mecanică fără ruperea legăturii dintre fibrele lemnului sau cu ruperea legăturii dintre fibre (fig.1.3.).

Din analiza figurii 1.3. se observă că, prelucrarea lemnului fără ruperea legăturii dintre fibrele sale se bazează pe plasticitatea lemnului, iar prelucrarea lemnului cu ruperea legăturii dintre fibre se bazează pe divizibilitatea lemnului. În primul caz, fără ruperea legăturilor dintre fibre, prelucrarea se face cu o serie de maşini de prelucrare şi instalaţii tehnologice, în cadrul unor procese tehnologice specifice, cum ar fi: presarea, curbarea, şi matriţarea lemnului. În cazul prelucrării lemnului cu ruperea legăturilor dintre fibre, prelucrarea lemnului se face cu ajutorul unor maşini-unelte specifice, prin fărâmiţarea întregii mase lemnoase (mărunţire, măcinare sau defibrare), prin despicarea lemnului şi mai ales prin tăiere.

Tăierea lemnului – reprezintă procesul tehnologic de formare a suprafeţelor pieselor din lemn prin detaşarea unui strat de lemn, de anumite dimensiuni, cu ajutorul unor scule aşchietoare specifice, ca urmare a mişcării relative a muchiei tăietoare a sculei faţă de piesa din lemn.

12

Tăierea lemnului se poate face, deci, cu sau fără formare de aşchii, în ultimul caz, stratul

de lemn detaşat constituindu-l chiar semifabricatul urmărit a fi obţinut (cazul divizării cu cuţite şi al decupării prin ştanţare a furnirelor). Tăierea lemnului cu formare de aşchii se realizează prin diverse metode, ca: ferăstruire, frezare, burghiere, strunjire, şlefuire, dăltuire, derulare, tăiere plană. În cadrul fiecărei metode se pot evidenţia procedee distincte. Astfel, în cazul ferăstruirii, această metodă se poate realiza prin următoarele procedee: ferăstruire cu pânze de gater, ferăstruire cu pânze panglică şi ferăstruire cu pânze circulare. De asemenea, în cadrul fiecărui procedeu, maşinile-unelte specifice se pot, la rândul lor, particulariza pe diferite variante constructive şi destinaţii tehnologice (gaterele pot fi gatere verticale sau orizontale; ferăstraiele panglică pot fi pentru debitat buşteni, pentru spintecat sau pentru tâmplărie etc.). Se observă, deci, că maşinile-unelte pentru prelucrarea lemnului se realizează nu numai într-o mare diversitate tipo-dimensională dar şi ca procedee de lucru. Pentru cunoaşterea lor, a importanţei şi locului lor în contextul prelucrării mecanice a lemnului, se impune o clasificare a lor după criterii bine definite.

Fig. 1.3. Metode de prelucrare mecanică a lemnului

I.1.6. Clasificarea şi simbolizarea MUPL

I.1.6.1. Clasificarea MUPL

Diversitatea mare a metodelor de prelucrare mecanică a lemnului, a diverselor procedee

de prelucrare în cadrul aceleiaşi metode, forma şi dimensiunile pieselor de prelucrat, precizia şi calitatea suprafeţelor prelucrate, capacitatea de lucru etc., conduc la ideea existenţei unui număr mare de tipuri constructive de maşini-unelte pentru prelucrarea lemnului. O clasificare exhaustivă a acestor maşini-unelte se poate face numai pornind de la o serie de criterii de clasificare bine definite cum ar fi: domeniul de utilizare, metoda de aşchiere utilizată, forma şi dimensiunile pieselor ce se prelucrează, gradul de automatizare, evoluţia în timp a maşinilor-unelte din fiecare grupă de maşini în parte.

După cum rezultă şi din figura 1.4., principalul criteriu de clasificare îl constituie metoda de prelucrare. Funcţie de metoda de prelucrare utilizată, maşinile-unelte pot executa operaţii de prelucrări mecanice prin ferăstruire (pe ferăstraie circulare – FC, ferăstraie panglică - FP sau gatere – GV ); prin frezare (pe maşinile de frezat normale – MNF, maşini de frezat de sus – FAS, maşini de îndreptat – MI, maşini de rindeluit la grosime – MRG), burghiere, strunjire etc.

13

După schema de principiu (deci după natura mişcării relative dintre piesă şi sculă), maşinile-unelte se clasifică în:

• maşini de prelucrat pe poziţie (ex. maşini de găurit, frezat cu lanţ); • maşini de prelucrat prin trecere (ex. maşini de rindeluit, frezat, ferăstraie etc.); • maşini cu mişcare rotativă (cu masă carusel) care pot efectua atât prelucrări pe

poziţie cât şi prin trecere (maşini combinate multioperaţionale). Atât maşinile-unelte care lucrează pe poziţie cât şi cele care lucrează prin trecere pot fi

monooperaţionale (pentru o singură operaţie) sau plurioperaţionale (pentru mai multe operaţii) cum sunt maşinile combinate sau liniile semiautomate sau automate.

După structura cinematică (fig.1.4.), maşinile-unelte pentru prelucrarea lemnului se împart în:

• maşini-unelte cu lanţuri cinematice dependente (sau cu un singur motor de acţionare pentru lanţurile cinematice de bază);

• maşini-unelte cu lanţuri cinematice independente (fiecare lanţ cinematic fiind acţionat de un motor propriu).

Şi într-un caz şi în celălalt structura cinematică a acestor maşini poate fi cu sau fără transmisii intermediare (transmisii prin curele, roţi dinţate, lanţ sau alte transmisii mecanice pentru varierea mişcării).

După sistemul de comandă, maşinile-unelte pentru prelucrarea lemnului pot fi: • maşini-unelte cu comandă manuală (maşinile universale şi parţial cele

specializate); • maşini-unelte cu comandă automată. Maşinile-unelte cu comandă automată pot fi, la rândul lor, cu comandă automată

convenţională (cu ajutorul unor şabloane, came, limitatori, cu comandă secvenţială), cu comandă numerică şi cu comandă adaptivă. Prezentarea detaliată a sistemelor de comandă a MUPL va fi făcută într-o lucrare viitoare.

După domeniul de utilizare sau de generalitate a utilizării maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului, acestea pot fi:

• maşini-unelte universale (sau cu largă utilizare) cum sunt ferăstraiele circulare, maşinile de rindeluit etc.

• maşini-unelte specializate (sau cu destinaţie specială) cum sunt gaterele (destinate numai pentru debitarea buştenilor în cherestea), deruloarele (destinate numai pentru fabricarea furnirelor tehnice) etc.

După evoluţia lor în timp (sau după generaţia de maşini) acestea se împart în patru generaţii:

• generaţia întâia – cuprinde primele maşini-unelte pentru prelucrarea lemnului apărute, maşini monooperaţionale universale, semimecanizate sau mecanizate, precum şi maşinile specializate monooperaţionale;

• generaţia a II-a – cuprinde maşini specializate plurioperaţionale şi linii automate de prelucrare;

• generaţia a III-a – cuprinde maşini cu comandă numerică precum şi linii automate de maşini cu comandă numerică;

• generaţia a IV-a – cuprinde cele mai evoluate maşini-unelte pentru prelucrarea lemnului, respectiv maşinile-unelte cu comandă adaptivă, linii automate de maşini-unelte cu comandă adaptivă, până la secţii sau uzine cu maşini-unelte cu comandă adaptivă.

14

Fig. 1.4. Clasificarea MUPL

15

Dată fiind marea varietate a maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului, se pot evidenţia şi alte criterii de clasificare. În afara criteriilor de clasificare prezentate, criteriul de bază în clasificarea MUPL, îl constituie metoda de prelucrare mecanică a lemnului, iar în cadrul aceleiaşi metode, procedeul de prelucrare.

Astfel, în cazul prelucrării lemnului după metoda ferăstruirii, prin cele trei procedee cunoscute: ferăstruire cu pânze gater, ferăstruire cu pânze panglică şi ferăstruire cu pânze circulare, maşinile-unelte corespunzătoare vor fi: gaterele (pentru ferăstruirea cu pânze de gater), ferăstraiele panglică (pentru ferăstruirea cu pânze panglică) şi ferăstraiele circulare (pentru ferăstruirea cu pânze circulare).

Se observă, deci, că principalul criteriu de clasificare a MUPL, îl reprezintă criteriul tehnologic, respectiv metoda (sau procedeul) de prelucrare după care lucrează maşina respectivă. De altfel, acest criteriu este folosit şi pe plan internaţional (în standardul ISO-7984-88 sau de Organizaţia Europeană a Producătorilor de Maşini pentru Prelucrarea Lemnului – EUMABOIS) precum şi în STAS 6520-89, pentru clasificarea Maşinilor de lucru – în general.

Începând cu anul 1996, STAS 6520-89 a fost înlocuit cu SR ISO 7984:1996, Institutul Român de Standardizare (IRS) preluând şi aprobând pentru România traducerea din limba engleză a ISO 7984:1988.

Acest standard internaţional (SR-ISO - 7984:1996) prezintă clasificarea tehnică a maşinilor pentru prelucrarea lemnului şi a maşinilor auxiliare pentru prelucrarea lemnului.

Clasificarea a fost concepută pe baze tehnologice, în funcţie de modul de lucru şi, suplimentar în caz de nevoie, după destinaţia finală a maşinii. În anumite cazuri mai deosebite (cazul maşinilor cu destinaţie specială) clasificarea s-a făcut numai în funcţie de destinaţia (scopul final) maşinii.

Potrivit noului standard, maşinile pentru prelucrarea lemnului se pot grupa astfel:

1. Maşini de prelucrat prin tăiere.

1.1. Maşini de tăiat fără aşchiere. 1.1.1. Maşini de despicat. 1.1.2. Maşini de mărunţit lemn. 1.1.3. Maşini de ştanţat. 1.1.4. Maşini de debitat în straturi subţiri. 1.1.5. Foarfece pentru furnire. 1.1.6. Alte maşini pentru prelucrări fără aşchiere.

1.2. Maşini de tăiat prin aşchiere (îndepărtare de aşchii sau de particule). 1.2.1. Ferăstraie mecanice.

1.2.1.1. Ferăstraie cu mişcare alternativă a pânzei. 1.2.1.1.1. Ferăstraie pentru secţionat buşteni. 1.2.1.1.2. Ferăstraie mecanice de traforaj. 1.2.1.1.3. Gatere orizontale. 1.2.1.1.4. Gatere verticale. 1.2.1.1.5. Alte maşini de ferăstruit cu mişcare alternativă a pânzei.

1.2.1.2. Ferăstraie cu mişcare continuă a sculei. 1.2.1.2.1. Ferăstraie panglică. 1.2.1.2.2. Ferăstraie cu lanţ.

1.2.1.3. Ferăstraie cu pânză rotitoare. 1.2.1.3.1. Ferăstraie cu pânză circulară. 1.2.1.3.2. Ferăstraie circulare duble sau multiple.

1.2.2. Maşini de rindeluit. 1.2.2.1. Maşini de rindeluit pe o faţă.

16

1.2.2.1.1. Maşini de îndreptat. 1.2.2.1.2. Maşini de rindeluit la grosime cu arbore portcuţite rotitor. 1.2.2.1.3. Maşini de rindeluit cu cuţite fixe. 1.2.2.1.4. Alte maşini de rindeluit pe o faţă (ex. maşini de rindeluit

grinzi). 1.2.2.2. Maşini de rindeluit pe două feţe. 1.2.2.3. Maşini de rindeluit pe trei feţe. 1.2.2.4. Maşini de rindeluit pe patru feţe.

1.2.3. Maşini de frezat. 1.2.4. Maşini de găurit. 1.2.5. Maşini de scobit. 1.2.6. Strunguri pentru lemn. 1.2.7. Maşini de şlefuit şi maşini de lustruit 1.2.8. Maşini combinate de tâmplărie (maşini universale de tâmplărie). 1.2.9. Alte maşini de prelucrat prin îndepărtare de aşchii.

2. Maşini de prelucrat prin deformare. 2.1. Maşini de densificat lemn masiv. 2.2. Maşini de curbat. 2.3. Maşini de imprimat în relief.

3. Maşini de îmbinat şi de acoperit suprafeţe.

3.1. Maşini de îmbinat utilizând agenţi de lipire. 3.2. Maşini de îmbinat cu elemente de asamblare ca agrafe, cuie, fire etc. 3.3. Maşini de asamblat fără adezivi sau elemente de asamblare. 3.4. Maşini de acoperit suprafeţe. 3.5. Alte maşini de îmbinat şi acoperit suprafeţe.

4. Maşini şi instalaţii pentru tratarea lemnului.

4.1. Instalaţii de aburire. 4.2. Uscătoare. 4.3. Instalaţii de umezire. 4.4. Instalaţii pentru impregnare şi conservare. 4.5. Instalaţii pentru albire, băiţuire şi afumare. 4.6. Instalaţii de răcire. 4.7. Alte maşini pentru tratarea lemnului.

5. Maşini şi instalaţii auxiliare pentru industria de prelucrare a lemnului. 6. Maşini portative şi unităţi de prelucrare. 7. Rezervă. (Capitol liber). 8. Maşini multioperaţii utilizând mai multe procedee de lucru aferente grupelor 1

până la 6. 9. Alte maşini.

Din analiza clasificării prezentate în ISO 7984-88 şi STAS SR ISO 7984:1996 se

observă că doar prima grupă de maşini: Maşini de debitat şi parţial maşinile din grupa 6: Maşini portative, pot fi incluse în categoria maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului, restul fiind maşini de prelucrare (grupele 2, 3, 4), iar maşinile din grupa 5 (maşini şi instalaţii auxiliare) fac parte din categoria maşinilor de transport (vezi şi fig.1.1.).

17

Se impune, de asemenea, de remarcat faptul că în fiecare subgrupă de maşini, se pot evidenţia un mare număr tipodimensional şi constructiv de MUPL. Astfel, subgrupa 1.2.1.2.1. Ferăstraie panglică, conţine 40 de tipuri şi variante constructive!

Datorită marii varietăţi a maşinilor de lucru, acestea vor fi studiate şi la alte discipline. Astfel grupa 5 – Maşini şi instalaţii auxiliare – cuprinde toate tipurile de maşini şi

instalaţii de transport, ridicat, de avans şi evacuare, de stocare, de protecţie etc., care fac obiectul cursului de Instalaţii de transport şi ridicat în industria lemnului.

Maşinile şi instalaţiile pentru tratarea lemnului (grupa 4) sunt studiate la disciplina Tratamente termice şi Ameliorarea lemnului.

Prin urmare, maşinile-unelte pentru prelucrarea lemnului, care fac obiectul prezentei lucrări, se încadrează în prima grupă, conform clasificării după STAS SR ISO 7984:1996 şi ISO-7984-88 fiind prezentate, în această ordine, în partea a doua a cursului: Maşini-unelte pentru prelucrarea lemnului. Construcţia, funcţionarea şi reglarea.

I.1.6.2. Simbolizarea MUPL

Este cunoscut faptul că, pe lângă denumire, maşinile-unelte pentru prelucrarea lemnului sunt caracterizate şi prin anumiţi parametri constructivi şi funcţionali. Dintre aceştia, unul este principal, el menţionându-se şi în tema tehnică de proiectare, iar restul sunt secundari, ei fiind determinaţi în funcţie de parametrul principal.

Pentru ca denumirile şi parametrii principali ai MUPL să se poată exprima într-o formă prescurtată se folosesc diverse sisteme de simbolizare ale acestora.

Sistemul de simbolizare adoptat şi utilizat în ţara noastră (ca şi în majoritatea ţărilor constructoare de maşini-unelte) foloseşte un simbol format dintr-un grup de litere şi un grup de cifre. Literele reprezintă iniţialele denumirii maşinii în limba ţării respective, iar cifrele reprezintă valoarea - în diverse unităţi de măsură – a parametrului dimensional sau funcţional principal. Notaţia şi simbolizarea prin acest sistem reprezintă o exprimare succintă şi concisă a noţiunilor din denumirea maşinii, respectiv familia de maşini-unelte, grupa, subgrupa etc.

Astfel, prima literă majusculă reprezintă – de regulă – iniţiala termenului care indică familia de maşini, iar literele majuscule următoare indică, în ordine, grupa sau subgrupa din care face parte maşina respectivă. Grupul de cifre (sau cifra) care urmează după grupul de litere indică unul din parametrii funcţionali sau dimensionali principali ai maşinii.

Spre exemplificare, se prezintă următoarele simbolizări:

GV-71 gater vertical cu deschiderea de 710 mm; MRG-8 maşină de rindeluit la grosime cu lăţimea mesei de 800 mm; MI-5 maşină de îndreptat cu lăţimea mesei de 500 mm; SL-2 strung longitudinal pentru lemn cu deschiderea între vârfuri de 2 m; MNF-10 maşină normală de frezat cu lungimea mesei de 1 m; MSC-3 maşină de şlefuit cu trei cilindri; SCB-120 maşină de şlefuit cu bandă cu contact de sus, cu lăţimea mesei de 1200 mm; SCJ maşină de şlefuit cu bandă lată cu contact de jos; FCD ferăstrău circular dublu; FAS maşină de frezat cu ax superior; IP-4 maşină de îndreptat şi profilat pe patru feţe; MRF-2 maşină de rindeluit pe două feţe; FP-8 ferăstrău panglică de tâmplărie cu diametrul volantului de 800 mm; DAM dispozitiv de avans mecanic.

18

I.1.7. Test de evaluare a cunoştinţelor 1. Completaţi spaţiile libere pentru a obţine definiţia noţiunii de maşină

Maşina este un sistem tehnic format din....... care execută mişcări determinate pentru efectuarea de...... sau pentru transformarea unei....în....sau invers. 2. Completaţi spaţiile libere pentru a obţine definiţia noţiunii de maşină-unealtă pentru prelucrarea lemnului:

MUPL este un sistem tehnic format din... echipat cu.... care execută mişcări specifice având drept scop... în vederea obţinerii de.... cu forme şi dimensiuni bine determinate. 3. Completaţi spaţiile libere pentru a obţine definiţia noţiunii de maşină-unealtă agregat şi alegeţi varianta corectă:

Maşina unealtă agregat reprezintă concentrarea unor... pe un batiu comun şi prelucrarea pieselor de lemn... în ciclu semiautomat sau automat.

Un exemplu de maşină unealtă agregat este: a. IP4 (maşină de îndreptat şi profilat pe patru feţe). b. SL2 (strung longitudinal pentru lemn). c. MNF (maşină normală de frezat).

4. Alegeţi varianta corectă: După domeniul de utilizare MU se clasifică în: a. maşini-unelte universale; maşini-unelte specializate; b. maşini de prelucrat pe poziţie; maşini de prelucrat prin trecere; maşini de

prelucrat prin mişcare rotativă; c. maşini-unelte cu comandă manuală; maşini-unelte cu comandă automată.

5. Explicaţi simbolizarea MUPL. Exemplificaţi (minim 5 exemple).

19

Unitatea de învăţare II.1. Bazele teoretice ale generării suprafeţelor

pieselor din lemn.

Cuprins

II.1.1. Introducere ......................................................................................................... 19 II.1.2. Competenţe......................................................................................................... 19 II.1.3. Noţiuni generale privind piesa de lemn şi condiţiile tehnice de execuţie ale acesteia.......................................................................................................................... 20 II.1.4. Cinematica generării suprafeţelor pieselor din lemn.......................................... 24

II.1.4.1. Generatoarea teoretică .......................................................................... 25 II.1.4.2. Generatoarea tehnologică ..................................................................... 26 II.1.4.3. Directoarea teoretică............................................................................. 28 II.1.4.4. Directoarea tehnologică........................................................................ 29

II.1.5. Definirea şi clasificarea mişcărilor de generare ................................................. 31 II.1.6. Test de evaluare.................................................................................................. 34

II.1.1. Introducere Această unitate de învăţare are drept scop explicarea noţiunilor de piesă din

lemn, definirea condiţiilor tehnice de execuţie a acesteia şi modalităţile de generare a suprafeţelor care mărginesc o piesă din lemn, din punct de vedere teoretic şi tehnologic.

II.1.2. Competenţe După parcurgerea acestei unităţi de învăţare, studentul va fi capabil să: ■ definească corect noţiunea de piesă din lemn şi condiţiile tehnice de execuţie

a acesteia; ■ descrie generatoarea şi directoarea (teoretic şi tehnologic); ■ explice mişcările de generare şi auxiliare necesare realizării unei operaţii de

prelucrare mecanică a lemnului.

Durata medie de parcurgere a acestei unităţi de învăţare este de 2 ore.

20

II.1.3. Noţiuni generale privind piesa de lemn şi condiţiile tehnice de execuţie ale acesteia

Obiectivul prelucrării mecanice a lemnului îl constituie realizarea semifabricatelor sau a produselor finite din lemn, adică a unor corpuri solide, delimitate în spaţiu printr-o combinaţie de suprafeţe cu forme şi dimensiuni diferite, determinate de rolul funcţional al acestora.

În construcţia mobilei şi a produselor finite din lemn, cele mai simple părţi componente ale acestora, rezultate în urma unor prelucrări mecanice, poartă denumirea de elemente. Această noţiune este improprie definirii semifabricatelor din lemn (cheresteaua, PAL-ul, placajul etc.), care nu sunt elemente ci pot fi definite ca fiind piese din lemn. Prin urmare, pentru a defini global orice produs al prelucrării mecanice a lemnului se va folosi, în continuare noţiunea de piesă din lemn.

Piesa din lemn – ca rezultat al prelucrării mecanice – este un corp solid ce se deosebeşte de oricare alt element din natură prin faptul că este concepută şi realizată pentru un scop bine definit, având un rol funcţional ce nu poate fi înlocuit de nici un alt obiect din natură. Rolul funcţional al fiecărei piese determină, în cea mai mare măsură, forma şi dimensiunile acesteia. Forma pieselor din lemn mai este influenţată în mai mică măsură şi de tehnologia de fabricaţie, de ponderea factorilor de rezistenţă, de economicitate etc.

Spre exemplificare, în figura 2.1. sunt prezentate două variante constructive ale aceleiaşi piese din lemn – picior de scaun – realizat pentru acelaşi scop funcţional, dar prin tehnologii de fabricaţie diferite: prin curbare (fig.2.1.a) şi prin decupare (fig.2.1.b).

Piesa din lemn, fiind un corp solid, este delimitată de una sau mai multe suprafeţe caracterizate prin formă, dimensiuni, poziţie relativă unele faţă de altele şi prin gradul de netezire (sau rugozitate). Totalitatea acestor caracteristici constituie condiţiile tehnice de execuţie ale pieselor din lemn.

Natura şi precizia condiţiilor tehnice de execuţie depind de rolul funcţional pe care îl au suprafeţele pieselor din lemn în ansamblul produsului sau în vederea prelucrării ulterioare, precum şi de posibilităţile de execuţie ale acestora. Condiţiile tehnice de execuţie sunt determinate din faza de proiectare a produselor, sunt prescrise de către tehnolog sau proiectant şi realizate – în anumite limite de precizie de execuţie – în procesul prelucrării mecanice pe diverse maşini-unelte pentru prelucrarea lemnului.

a b

Fig. 2.1. Variante constructive ale aceleiaşi piese din lemn – picior de scaun – realizat prin tehnologii de fabricaţie diferite:

a – prin curbare; b – prin decupare.

21

a) Condiţiile de formă – precizează forma geometrică nominală (plană, cilindrică, paralelipipedică etc.), a suprafeţei unei piese din lemn precum şi abaterile admisibile de la forma geometrică nominală.

Forma pieselor din lemn se încadrează – în majoritatea cazurilor – în grupa formelor geometrice regulate, cu suprafeţe plane, ce pot fi exprimate analitic şi grafic.

În anumite cazuri, mai puţin întâlnite, formele pieselor sunt mai complexe, obţinute din combinaţii de suprafeţe plane şi curbe care nu pot fi exprimate analitic, cum ar fi suprafeţele unor elemente ornamentale din lemn, piese sculptate din lemn etc.

Forma analitică a suprafeţelor piesei din lemn se defineşte – în general – prin forma liniilor de intersecţie a acesteia cu cel puţin două familii de plane distincte. Liniile de intersecţie se numesc profilurile suprafeţei în cele două plane iar cele două plane secante în care se determină aceste profiluri se numesc plane de profilare.

Astfel, forma plană a unei suprafeţe (fig.2.2.) este definită prin forma rectilinie a profilurilor ei – p1 – şi – p2 – în cele două plane de profilare P1 respectiv P2. Abaterile de la forma nominală – plană a suprafeţei se determină prin abaterile de la rectilinitate ale celor două linii de profil, nominal rectilinii.

Fig. 2.2. Definirea suprafeţelor plane ale piselor din lemn

Piesele din lemn cu suprafeţe plane sunt piesele cele mai des întâlnite la prelucrarea

mecanică, atât în cazul semifabricatelor (cherestea, panouri, plăci etc.) cât şi în construcţia mobilei.

Cilindricitatea unei suprafeţe (fig.2.3.), este definită prin forma circulară a liniei sale de profil – π2 - în planul orizontal P2 (normal la axa cilindrului) şi prin forma rectilinie şi paralelă cu axa liniei de profil – π1 – în planul vertical (axial), P1.

Abaterile suprafeţei de la forma sa cilindrică sunt definite prin abaterile profilului - π2 – de la forma sa nominal-circulară (ovalitate) şi prin abaterile formei profilului – π1 – de la rectilinitate (ondulaţii) şi de la paralelismul cu axa (conicitate).

Fig. 2.3. Definirea suprafeţelor cilindrice ale pieselor din lemn

22

În cazul general, orice suprafaţă cu configuraţie complexă este formată din combinaţii

de linii de profil, rectilinii sau circulare. Abaterile suprafeţei de la forma nominală sunt determinate prin abaterile liniilor de profil de la forma nominală dată a acestora.

Dacă o suprafaţă oarecare este de aşa natură încât liniile de profil formate în cele două plane de profilare sunt omotetice, atunci una din liniile de profil poate constitui o generatoare, iar cealaltă linie de profil, din celălalt plan de profilare, poate constitui o directoare. Se poate conchide, deci, că forma unei suprafeţe este determinată de forma generatoarei şi de forma directoarei, care reprezintă liniile de profil ale suprafeţei respective în cele două plane de profilare. În cazul cilindrului, de exemplu, (vezi fig.2.3.) linia de profil – p1 – din planul axial P1 poate constitui generatoarea iar linia de profil – p2 – din planul P2, poate constitui directoarea (sau invers).

b) Condiţiile dimensionale - precizează dimensiunile nominale: lungimi, lăţimi, grosimi, diametre etc., ale fiecărei suprafeţe precum şi abaterile admise de la valorile nominale. De regulă, dimensiunile se referă la liniile de profil caracteristice fiecărei suprafeţe, respectiv la generatoare şi directoare şi deci, între condiţiile dimensionale şi condiţiile de formă există o strânsă legătură care se menţine şi între abaterile dimensionale şi abaterile de formă.

c) Condiţiile de poziţie relativă – precizează distanţele şi orientările relative dintre diferite suprafeţe componente ale unei piese din lemn precum şi abaterile admisibile de la distanţele şi orientările nominale.

Condiţiile de distanţă relativă se referă la distanţele dintre cele două suprafeţe, dintre o axă şi o suprafaţă precum şi la distanţele dintre axele de simetrie a două suprafeţe (fig.2.4.a).

Condiţiile de orientare relativă (fig.2.4.b) se referă la unghiurile dintre cele două suprafeţe sau dintre axele lor de simetrie şi, în particular, la condiţiile de paralelism şi de perpendicularitate dintre suprafeţe sau dintre axele lor de simetrie.

a)

b)

Fig. 2.4. Reprezentarea condiţiilor de poziţie relativă:

a) condiţii de distanţă relativă; b) condiţii de orientare relativă. În figura 2.4.a, cotele L1 şi L2 ilustrează condiţiile de distanţă relativă între axele

găurilor de pe faţa panoului. Cota LA este o condiţie de distanţă relativă între suprafaţa de bazare A şi axele găurilor de pe faţa panoului. Aceeaşi semnificaţie o au şi cotele – IB1 - şi – IB2.

23

În figura 2.4.b, sunt prezentate condiţiile de orientare relativă ilustrate prin unghiul de 450 între suprafaţa de bază şi suprafaţa înclinată. Cota – I1 – reprezintă o condiţie de distanţă relativă între axa găurii şi suprafaţa de bazare, la fel ca şi cotele L1 şi L2.

Este de menţionat şi faptul că, între condiţiile de poziţie relativă şi cele dimensionale, există o legătură în sensul că distanţele dintre două suprafeţe marginale coincid cu dimensiunile de gabarit ale suprafeţei cuprinse între acestea, respectiv cotele L, I, g din figura 2.4.

d) Condiţiile de calitate – capătă o pondere mare la operaţiile de prelucrări mecanice finale ale pieselor din lemn (cum ar fi: frezare, şlefuire) pentru realizarea suprafeţelor supuse finisării.

Rugozitatea suprafeţelor prelucrate (sau gradul de netezime al acestora) este determinată de înălţimea asperităţilor de pe suprafaţa prelucrată a piesei din lemn, asperităţi determinate de interacţiunea dintre scula tăietoare şi lemn. De asemenea, pe suprafeţe prelucrate apar neregularităţi (asperităţi) datorate structurii anatomice a lemnului. Ele apar ca urmare a tăierii şi deschiderii spaţiilor celulare şi a vaselor lemnului, iar mărimea şi forma lor este independentă de metoda de prelucrare şi deci, nu pot fi luate în considerare la aprecierea calităţii suprafeţelor prelucrate.

Neregularităţile datorate procesului de aşchiere şi care caracterizează starea de rugozitate a suprafeţei prelucrate sunt microdenivelările şi ondulaţiile cinematice.

Microdenivelările sunt neregularităţi cu pas mic şi se pot prezenta ca rizuri de prelucrare, neregularităţi de distrugere, scămoşeli şi smulgeri de fibre. Aceste neregularităţi se datoresc uzurii sculelor, ştirbirii muchiilor tăietoare ale acestora, rezistenţelor mecanice diferite ale lemnului în zonele inelelor anuale (lemnul târziu mai dens şi mai rezistent decât lemnul timpuriu) şi mai puţin cinematicii procesului de aşchiere.

Ondulaţiile cinematice sunt neregularităţi sub formă de ridicături şi adâncituri repetate şi apropiate ca dimensiuni şi sunt determinate de corelarea perametrilor cinematici ai procesului de aşchiere (în principal viteza de tăiere şi viteza de avans) şi parametrii constructivi ai sculelor aşchietoare (număr de dinţi la frezare, mărimea ceaprazului şi numărul de dinţi la ferăstruire etc.). Forma ondulaţiilor cinematice poate fi ilustrată elocvent, în cazul frezării aşa cum rezultă şi din figura 2.5.

Aşa cum se observă şi din figura 2.5., ondulaţiile cinematice au o formă regulată, se repetă cu aproximativ acelaşi pas şi depind numai de cinematica procesului de aşchiere. Ondulaţiile mai pot fi produse şi de vibraţiile din sistemul maşină-unealtă – sculă – piesă precum şi datorită deformării neuniforme (şi deci a revenirii neuniforme) în timpul tăierii, a zonelor cu lemn de densităţi diferite (lemnul târziu şi lemnul timpuriu din structura inelelor anuale, de exemplu). Aceste ondulaţii datorate vibraţiilor sau deformării neuniforme a suprafeţelor prelucrate însoţesc ondulaţiile cinematice şi amplifică mărimea acestora, de regulă.

Fig. 2.5. Ondulaţii cinematice la frezare

24

Prin urmare, calitatea suprafeţelor prelucrate este determinată de lungimea uz şi adâncimea y a ondulaţiilor cinematice, ondulaţii care depind de parametrii regimului de aşchiere (inclusiv parametrii constructivi ai sculelor).

Având în vedere aceste considerente, se impune remarca potrivit căreia structura cinematică a unei maşini-unelte pentru prelucrarea lemnului şi mai ales intervalul (domeniul) de variaţie a parametrilor cinematici principali ai maşinii (viteza de tăiere şi de avans) trebuie să se facă în strânsă corelare cu scopul operaţiei de prelucrare respectivă, adică obţinerea de piese din lemn cu o anumită calitate a suprafeţei prelucrate (sau cu un anumit grad de netezime sau rugozitate) apreciată şi detereminată funcţie de mărimea ondulaţiilor cinematice.

În concluzie, la proiectarea oricărei maşini-unelte pentru prelucrarea lemului precum şi la analiza domeniului de utilizare a fiecărei maşini în parte, în afara condiţiilor de calitate a suprafeţelor prelucrate se impune studierea amănunţită a formelor geometrice şi ale dimensiunilor pieselor de prelucrat (deci a condiţiilor tehnice de execuţie) şi analiza modalităţilor prin care aceste suprafeţe pot fi generate, teoretic şi tehnologic.

II.1.4. Cinematica generării suprafeţelor pieselor din lemn

Piesa din lemn este delimitată de una sau mai multe suprafeţe, de anumite forme,

dimensiuni şi un anumit grad de netezime (sau rugozitate). Orice suprafaţă poate fi definită – în sens strict matematic – ca o pânză fără grosime,

care separă două spaţii distincte, fără să aparţină niciunuia. O asemenea suprafaţă teoretică se poate obţine prin deplasarea unei curbe în spaţiu,

curba schimbâdu-şi sau nu forma în timpul deplasării sale. Suprafaţa astfel obţinută este locul geometric al poziţiilor succesive ale curbei respective în timpul deplasării sale.

Curba care se deplasează în spaţiu pentru realizarea suprafeţei se numeşte curbă generatoare a suprafeţei iar traiectoria pe care se deplasează un punct oarecare al curbei se numeşte directoare.

În practică, în majoritatea operaţiilor de prelucrare mecanică, curbele generatoare şi directoare sunt curbe plane, cu forme constante (sau variabile în unele cazuri) în timpul generării, impuse de rolul funcţional al pieselor pe care le delimitează suprafeţele astfel obţinute. Datorită rolului funcţional pe care îl îndeplinesc diversele piese din lemn, în marea lor majoritate, acestea pot fi generate de curbe generatoare şi directoare plane. Acest lucru este impus şi de faptul că reprezentarea pieselor în desenul tehnic, se face printr-un sistem de proiecţie triortogonal din care, prin rabaterea planului orizontal – H – şi lateral - L – în plan vertical – V – se obţine desenul piesei (figura 2.6.).

În figura 2.6., cele două plane de profilare P1 şi P2 sunt paralele cu planul orizontal – H – respectiv cu planul vertical –V. Aceste plane de profilare - P1 şi P2 – conţin profilurile suprafeţei, adică curbele G, în planul P1 şi D în planul P2, curbe identice cu proiecţiile piesei în planele de proiecţie H respectiv V. Curbele G şi D sunt curbele generatoare, respectiv directoare care generează suprafaţa reprezentată în desen. Dacă planul P1 capătă o mişcare de rotaţie în jurul axei cilindrului cu o viteză oarecare – VM, generatoarea - G - care se sprijină pe directoarea – D – în punctul – M – va genera o suprafaţă cilindrică. Aceeaşi suprafaţă se poate obţine dacă profilul circular al piesei din planul P2 este considerat generatoare şi se deplasează după direcţia dreptei G – care va constitui directoarea, obţinându-se aceeaşi suprafaţă, dar altfel generată. Şi într-un caz şi în celălalt cele două plane de profilare (P1 şi P2) sunt perpendiculare între ele şi fiecare în parte paralele cu planele de proiecţie orizontal – H – şi respectiv vertical – V.

25

Fig. 2.6. Legătura dintre desenul pisei şi curbele generatoare

În procesul de generare a suprafeţelor, generatoarea şi directoarea pot avea forme

constructive constante sau variabile iar suprafeţele generate pot fi: cu generatoare şi directoare constante ca formă; cu generatoare constantă şi directoare variabile (sau invers); cu generatoare şi directoare variabile.

Se impune, deci, o analiză atât a modalităţilor teoretice cât şi a celor practice (tehnologice) de realizare a curbelor care definesc suprafeţele prelucrate.

II.1.4.1. Generatoarea teoretică

Generatoarea este, deci, o curbă plană care se deplasează în spaţiu pe o anumită traiectorie în scopul generării unei anumite suprafeţe prelucrate. Ea poate avea – teoretic – forme dintre cele mai diverse, încadrându-se, în general, în următorele categorii:

♦ Curbe generatoare analitice simple – a căror formă geometrică este determinată de o curbă plană, exprimată analitic, cum ar fi: dreapta (figura 2.7.a) sau cercul (figura 2.7.b).

Curbe generatoare drepte sunt întâlnite în mai multe din operaţiile de prelucrare mecanică a lemnului, cum ar fi: tăierea plană a furnirelor estetice, derularea furnirelor tehnice, îndreptare, rindeluire la grosime, frezarea cilindrică dreaptă etc.

a) b)

Fig. 2.7. Curbe generatoare plane exprimate analitic: a) dreapta; b) arcul de cerc

Curbe generatoare sub formă de cerc sau arc de cerc se întâlnesc în cazul frezării de

profile concave sau convexe, strunjirii profilate etc. ♦ Curbe generatore analitice compuse – a căror formă geometrică este compusă

din mai multe curbe plane, exprimabile analitic, adică o combinaţie de drepte şi arce de cerc (fig.2.8.).

26

Curbe generatoare analitice compuse sunt întâlnite cu precădere în cazul pieselor profilate prelucrate prin strunjire sau prin frezare profilată.

Fig. 2.8. Curbe generatoare analitice compuse

♦ Curbe generatoare neanalitice – sunt curbe generatore care nu pot fi transpuse

geometric decât prin copiere, situaţie întâlnită în cazurile particulare ale pieselor sculptate sau matriţate.

Dacă din punct de vedere teoretic problema curbei generatoare este mai accesibil de abordat, se impune şi precizarea modalităţilor de realizare practică, deci în cadrul unui proces tehnologic, a curbelor generatoare.

II.1.4.2. Generatoarea tehnologică

Din punct de vedere al posibilităţii de realizare practică a curbelor generatoare (simple

sau compuse) acestea se pot obţine prin materializarea lor pe muchia tăietoare a sculei, pe cale cinematică sau prin programare (pe şablon sau un port-program în cazul maşinilor cu comandă numerică).

a) Genaratoarea materializată - Gm – este curba plană sau o combinaţie de curbe plane materializate pe tăişul (muchia tăietoare) a sculei – S – şi se întâlneşte în majoritatea cazurilor de prelucrare macanică a lemnului.

Astfel, la tăierea plană a furnirelor (figura 2.7.a) şi la derulare, la rindeluire plană (îndreptare, rindeluire pe mai multe feţe etc.), la frezarea dreaptă cu freze cilindrice etc., generatoarea materializată – Gm – este o dreaptă. La frezarea profilată şi la strunjire generatoarea materializată – Gm – este un arc de cerc (figura 2.7.b) sau o combinaţie de drepte şi arce de cerc (figura 2.9.a şi b).

Materializarea curbei generatoare pe muchia tăietoare a sculei este posibilă numai în cazul în care lungimea ei (adică grosimea pieselor în cazul frezării sau lungimea pieselor de prelucrat în cazul strunjirii) nu este prea mare. Lungimi mari ale curbei generatore conduc la necesitatea realizării de scule cu dimensiuni mari.

Dacă în cazul tăierilor plane şi a deruloarelor lungimea cuţitelor poate fi destul de mare (până la 2500 mm în cazul cuţitelor de la maşinile de tăiat plan furnire), în cazul frezelor şi al cuţitelor de strung acest lucru nu este posibil. Aceasta pentru că lungimi mari ale generatoarei conduc la scule cu lăţimi mari (cazul cuţitelor de strung şi la freze). Astfel de scule (freze, cuţite de strung etc.) cu lăţimi mari, pe lângă faptul că sunt dificil de executat şi întreţinut, conduc la creşterea efortului de aşchiere, deci consum de energie la prelucrare mult sporit. Din considerentele arătate nu în toate situaţiile curba generatoare se poate materializa (sau este indicat să se materializeze) pe muchia tăietoare a sculei, fiind necesară realizarea ei prin alte mijloace: pe cale cinematică sau prin copiere (programare) de pe şablon sau portprogram.

27

a) b) Fig. 2.9. Curbe generatoare compuse materializate pe tăişul sculei:

a) la frezare; b) la strunjire

b) Generatoarea cinematică – Gc – este curba plană obţinută ca traiectorie descrisă de un punct mobil în deplasarea sa într-un plan sau ca înfăşurătoare a poziţiilor succesive ale unei curbe plane.

a) b)

Fig. 2.10. Curbe generatoare cinematice (Gc): a) la strunjirea cilindrică; b) la strunjirea conică.

Generatoarea cinematică – ca traiectorie a unui punct – K – în deplasarea sa într-un plan

este cea mai simplă dintre generatoarele cinematice şi se întâlneşte în cazul strunjirii unei suprafeţe cilindrice (figura 2.10.a) sau a unei suprafeţe conice (figura 2.10.b).

În ambele cazuri prezentate în figura 2.10, vârful cuţitului –K – este considerat ca un punct care aparţine sculei şi se deplasează cu o viteză –vk – pe o direcţie paralelă cu axa piesei, în planul P1 (figura 2.10.a), realizând astfel curba generatoare – Gc – pe cale cinematică. În cazul strunjirii conice (figura 2.10.b), acelaşi punct – K – aparţinând sculei – S – se deplasează pe o traiectorie care face un unghi - α - cu axa piesei, cu o viteză – uk – rezultată din compunerea vectorială a vitezei de deplasare longitudinală – ul – şi a vitezei de deplasare transversală – ut.

De asemenea, se impune remarca faptului că în cazul generatoarei cinematice rectilinii – Gc – (figura 2.10.a), aceasta nefiind materializată pe muchia tăietoare a sculei, este materializată pe elementele de ghidare (sania portcuţit – batiu) din construcţia maşinii. În mod similar, în cazul generatoarei cinematice înclinate (figura 2.10.b), aceasta este rezultanta combinării cinematice a mişcărilor suportului portcuţit – SPC – şi a portcuţitului – PC – pe

28

ghidajele longitudinale şi transversale, după direcţiile – ul – şi – ut – rezultând mişcarea după direcţia – uk –, deci generatoarea cinematică înclinată. Mişcarea suportului portcuţit – SPC – pe ghidajele longitudinale – ul – este asigurată de un mecanism şurub-piuliţă – SP1 – iar mişcarea în plan transversal a portcuţitului PC, după direcţia – ut – este asigurată tot de un mecanism şurub-piuliţă – SP2. Legătura cinematică dintre cele două mecanisme, pentru obţinerea mişcării dorite, – uk – se face cu ajutorul unei transmisii mecanice – ix – şi a mecanismului cu roţi conice – RC.

Prin urmare, în cazul generatoarei cinematice, realizarea pe cale cinematică a acesteia ca traiectorie a unui punct, se face cu ajutorul elementelor constructive ale maşinilor-unelte prin cuple cinematice de tip ghidaj-sanie sau fus-lagăr.

Generatoarele cinematice cu configuraţie complexă se pot obţine prin combinarea mai multor traiectorii rectilinii şi circulare realizate în exclusivitate de anumite organe de maşină, respectiv ghidaje-sanie pentru mişcări liniare şi fus-lagăr pentru mişcări circulare.

Generatoarea cinematică ca înfăşurătoare a unei curbe obţinute printr-o mişcare de rotaţie se întâlneşte la maşina de strunjit beţe rotunde, la care cuţitul tăietor execută o mişcare de rotaţie în jurul piesei de lemn care se deplasează pe o traiectorie liniară faţă de sculă.

Metoda generării suprafeţelor prin înfăşurătoare cinematică este avantajoasă din punct de vedere dinamic, al efortului de aşchiere şi datorită sculelor cu profil conjugat (profilul muchiei aşchietoare fiind conjugat generatoarei), care au muchia tăietoare curbă iar cuţitul intră în contact cu piesa de prelucrat în mod progresiv, nu brusc, ca în cazul sculelor cu generatoare materializată.

c) Generatoare programată – Gp – este curba generatoare care se obţine cu ajutorul unui subansamblu suplimentar al maşinii-unelte, denumit şablon sau portprogram, pe care este prelucrată anterior (sau programată) forma generatoarei.

Copierea după şablon este întâlnită în cazul maşinilor de frezat, la strungurile de copiat etc. În cazul strungurilor longitudinale de copiat, copierea se face după o singură direcţie (direcţie longitudinală), la maşinile normale de frezat (MNF) după două direcţii, la maşinile de frezat cu ax superior (FAS) după trei direcţii. În toate cazurile de prelucrare prin copiere, portprogramul (şablon, cartele perforate, benzi perforate sau magnetice etc.) este citit de un sesizor (palpator, decodificator etc.) adecvat şi transformat în semnale (impulsuri) de comandă a lanţurilor cinematice de copiere.

În ultimii ani s-a dezvoltat şi extins aria de utilizare a maşinilor-unelte cu comandă numerică, în special cele din grupa maşinilor de frezat, la care procesul de lucru (deci şi de copiere) este comandat printr-un portprogram care este citit de echipamentul comenzii numerice al maşinii (ECN) şi care cuprinde toate instrucţiunile de deplasare ale organelor mobile ale maşinii pentru realizarea unei anumite operaţii.

Prin conducerea cu calculatorul a maşinii, portprogramul (sub formă de cartelă perforată, bandă perforată, bandă magnetică sau disc magnetic) nu mai este necesar, totalitatea informaţiilor de lucru fiind prelucrate pe calculator, deci şi munca de programare este preluată de calculator. Prin utilizarea comenzilor numerice la maşinile-unelte pentru prelucrarea lemului se obţine o creştere substanţială a preciziei de prelucrare şi o reducere a costurilor de fabricaţie (nefiind necesare şabloanele care, uneori, costă mai mult decât pisele prelucrate!).

II.1.4.3. Directoarea teoretică

Directoarea este reprezentantă de traiectoria pe care se deplasează un punct oarecare al generatoarei în procesul de generare al suprafelor prelucrate.

Directoarea se realizează – de regulă – pe cale cinematică, cu ajutorul mecanismelor constructive ale maşinii-unelte, mecanisme de tip sanie-ghidaj (pentru traiectorii liniare) sau fus-lagăr (pentru traiectorii circulare).

29

Ca şi curba generatoare, directoarea poate fi: ♦ o curbă simplă exprimabilă analitic (dreaptă, cerc etc.); ♦ o curbă compusă din drepte şi arce de cerc; ♦ o curbă neanalitică, realizabilă numai prin programare sau prin imprimare. Din punct de vedere al posibilităţilor de realizare tehnologică (deci în practică) curba

directoare poate fi: materializată (Dm), cinematică (Dc) sau programată (Dp).

II.1.4.4. Directoarea tehnologică

Realizarea practică a curbei directoare se poate face prin materializarea ei pe scula tăietoare, pe cale cinematică, sau programare, în mod similar cu realizarea generatoarei tehnologice.

a) Directoarea materializată – Dm – este materializată pe scula aşchietoare şi se întâlneşte în cazul burghierii şi al ştanţării, deoarece burghiele şi ştanţele sunt scule care permit materializarea concomitentă a directoarei şi a generatoarei (fig.2.11.).

Cazurile burghierii şi ştanţării la care directoarea este materializată pe muchia tăietoare a sculei sunt cazuri particulare de prelucrare, în majoritatea cazurilor de prelucrare mecanică a lemnului directoarea se realizează pe cale cinematică.

Fig. 2.11. Curbe directoare materializate la burghierea

lemnului.

b) Directoarea cinematică – Dc – se poate realiza prin deplasarea unui punct al generatoarei, cu o anumită viteză, pe traiectoria directoare.

Astfel, în cazul directoarelor rectilinii (fig.2.7.a) directoarea cinematică – Dc – este traiectoria pe care se deplasează un punct – M – al generatoarei materializate – Gm – cu o viteză – u. În cazul directoarelor curbilinii (la limită, în cazul cercului), directoarea cinematică se poate realiza prin deplasarea punctului – M – al generatoarei – Gc – în jurul axei de rotaţie cu o viteză - vm -, în planul P2 (fig.2.10.a). În cazul mai general (prelucrarea lemnului după metoda frezării, ferăstruirii etc.), directoarea cinematică – Dc – este realizată de înfăşurătoarea unei curbe mobile – cicloida C – care se obţine din combinarea mişcării de rotaţie a sculei – S -, cu viteza v, cu mişcarea de avans a piesei – P – cu viteza de deplasare – u -, faţă de scula – S - (vezi fig.2.5).

Directoarea cinematică – Dc – prezentată în fig.2.5. (cazul frezării) este reprezentată de locul geometric al înfăşurătoarei cicloidei – C – şi care, la limită, este o dreaptă tangentă la cicloidă. Acest caz se întâlneşte la toate maşinile-unelte care lucrează după metoda frezării, respectiv: maşini de îndreptat, de rindeluit pe una sau mai multe feţe, de frezat cu arbori inferiori sau superiori etc.

30

c) Directoarea programată – Dp – se realizează ca şi generatoarea programată cu ajutorul şabloanelor sau a altor portprograme şi se întâlneşte în cazul frezării de copiere după şablon (fig.2.12).

Fig. 2.12. Curba generatoare programată

În acest caz, directoarea programată –Dp – este chiar şablonul care vine în contact cu

rola – R – iar contragreutatea – CG – are rol de a menţine în permanenţă contactul dintre şablon şi rolă pentru ca şi piesa de prelucrat – P, fixată pe şablonul –Dp – să fie mereu în contact cu scula – S, realizându-se astfel prelucrarea piesei pe un contur identic cu al şablonului. Piesa din lemn împreună cu şablonul execută o mişcare de rotaţie – u2 – iar scula – S – mişcarea de tăiere cu viteza – v.

În concluzie se poate evidenţia faptul că generatoarea oricărei supafeţe, oricare ar fi procedeul sau metoda de prelucrare mecanică a lemnului, implică deplasarea curbei generatoare pe traiectoria directoarei cu o anumită viteză a cărei mărime şi sens nu sunt impuse. Mişcarea curbei generatoare pe traiectoria directoare se poate face continuu sau intermitent.

Această proprietate a generării suprafeţelor permite ca viteza de deplasare a generatoarei pe traiectoria directoare să poată fi aleasă în concordanţă cu necesităţile tehnologice ale procesului de aşchiere, adică sincronizarea (corelarea) vitezei de tăiere (de regulă viteza cu care se deplasează curba generatoare) cu viteza de avans (de regulă viteza de mişcare pe traiectoria directoare). Se impune de asemenea şi precizarea că, suprafeţele pieselor din lemn obţinute cu generatoare şi directoare realizate după metodele prezentate sunt suprafeţe geometrice, teoretice. În procesul generării tehnologice, practice, pe maşini-unelte, suprafeţele pieselor din lemn diferă - într-o anumită măsură – de suprafeţele geometrice (teoretice) datorită unui număr mare de factori care intervin în procesul de aşchiere, obţinându-se o suprafaţă reală.

Deci, suprafaţa geometrică a unei piese din lemn este suprafaţa teoretică, reprezentată convenţional prin desenul piesei, fără abateri de formă, de dimensiuni, de poziţie relativă şi fără rugozitate.

Suprafaţa reală a aceleiaşi piese este suprafaţa care o limitează faţă de mediul înconjurător, suprafaţa rezultată din procesul de aşchiere. Ea se caraterizează prin abateri de la forma geometrică, abateri de la dimensiunile nominale, abateri de la poziţia relativă a suprafeţelor sale şi abateri de rugozitate. Toate aceste abateri pot avea cauze multiple cum ar fi:abateri constructive ale sculelor, în special în cazul sculelor care au generatoarele materializate pe muchia tăietoare a sculei;

rigiditate insuficientă a sistemului elastic maşină-sculă-piesă-dispozitiv; uzură neuniformă sau reascuţire neuniformă a sculelor;

31

abateri de la rectilinitate, planeitate şi paralelism ale elementelor mecanismelor şi organelor de maşini din construcţia maşinii-unelte (ghidaj-sanie, fus-lagăr etc.);

vibraţii, jocuri şi variaţii de temperatură care influenţează negativ funcţionarea elemntelor de ghidare;

erori de execuţie la obţinerea şabloanelor sau portprogramelor sau uzura în timp a şabloanelor.

Rezultă, deci, din cele prezentate, că atât generatoarele cât şi directoarele care intervin

în procesul de generare a suprafeţelor pieselor din lemn pe maşinile-unelte pentru prelucrarea lemnului au abateri de la forma lor teoretică, indiferent de modul în care sunt realizate.

Problema de bază care se impune este aceea de a găsi soluţii tehnice care să conducă la micşorarea cât mai mult a acestor abateri.Pentru ca un proces de tăiere să aibă loc, pentru realizarea de piese din lemn cu forme, dimensiuni, poziţii relative ale suprafeţelor şi anumite rugozităţi, cu anumite valori ale abaterilor de la mărimile geometrice nominale, este necesar ca maşina-unealtă să asigure realizarea unor mişcări relative între piesa de prelucrat şi scula aşchietoare. Aceste mişcări relative între scule şi piesa de lemn trebuie să se realizeze pe anume traiectorii, bine determinate de modul de generare a suprafeţelor care delimitează piesa.

II.1.5. Definirea şi clasificarea mişcărilor de generare

Aşa după cum s-a prezentat în capitolul anterior, prelucrarea mecanică a lemnului se realizează în scopul obţinerii de piese cu forme, dimensiuni şi clase de calitate ale suprafeţelor prelucrate bine determinate. În procesul de generare a suprafeţelor pieselor, obţinerea suprafeţelor prelucrate se realizează prin detaşarea unui strat de lemn ca urmare a interacţiunii dintre scula prelucrătoare şi piesa de prelucrat. Deci, pentru a se realiza un proces de prelucrare mecanică, între scula prelucrătoare şi piesa din lemn trebuie să existe o mişcare relativă. De regulă, această mişcare relativă dintre sculă şi piesă este dată de mişcarea sculei (de regulă de mişcarea de rotaţie) şi de deplasarea piesei de prelucrat faţă de scula prelucrătoare pentru prelucrarea întregii suprafeţe. La limită, dacă numai scula prelucrătoare ar executa o mişcare de tăiere (de rotaţie sau de translaţie) s-ar detaşa o singură aşchie, deci s-ar realiza procesul tăierii elementare. În practică, este necesar să se prelucreze o întreagă suprafaţă, deci este obligatorie şi mişcarea piesei de prelucrat faţă de scula aşchietoare.

Aceste mişcări de bază, care participă direct la procesul de generare a suprafeţelor prelucrate se numesc mişcări de generare, deoarece, din combinarea lor, cantitativă şi calitativă, rezultă suprafaţa prelucrată.

Din grupa mişcărilor de generare, care se produc simultan în procesul de tăiere a lemnului, se disting: mişcarea de tăiere şi mişcarea de avans.

Mişcarea de tăiere este, de regulă, mişcarea executată de scula tăietoare, se realizează cu viteza cea mai mare şi consumul de energie (de putere) cel mai mare.

Ca formă de mişcare, mişcarea de tăiere este – în majoritarea cazurilor – o mişcare de rotaţie, această formă de mişcare fiind mai simplă şi mai economic de realizat, direct de la motorul electric. Sunt şi cazuri în care mişcarea de tăiere este o mişcare rectilinie continuă (la ferăstraiele panglică, la maşini de şlefuit cu bandă etc.) sau o mişcare rectilinie alternativă (la gatere, la maşini de tăiat plan furnire etc.) dar realizarea acestor tipuri de mişcări presupune utilizarea unor mecanisme adecvate.

De asemenea, sunt cazuri în care mişcarea de tăiere nu coincide cu mişcarea sculei ci este efectuată de piesa de prelucrat. Este cazul strunjirii lemnului la care mişcarea de tăiere este mişcarea de rotaţie a piesei (se realizează cu viteza cea mai mare şi consum de putere mai ridicat).Din punct de vedere cantitativ, mişcarea de tăiere este caracterizată de viteza de tăiere,

32

principalul parametru cinematic al regimului de lucru. Pentru cazurile în care mişcarea de tăiere este o mişcare de rotaţie şi este realizată de scula tăietoare, expresia vitezei de tăiere, v, va fi:

]/[ smnDv ss ⋅⋅= π (2.1)

unde: Ds – este diametrul sculei, în m, iar ns – este turaţia sculei, în rot/s. Uzual, viteza de tăiere se calculează şi cu relaţia:

]/[100060

smnDv ss⋅

⋅⋅=π

(2.2)

unde: Ds – este diametrul sculei, în mm, iar ns – este turaţia sculei, în rot/min. Deci, pentru a se detaşa o aşchie sau pentru a se efectua o tăiere elementară este necesar

şi suficient ca scula (sau piesa) să execute o mişcare de tăiere. Pentru a se prelucra o suprafaţă dată, prin detaşarea de aşchi succesive (deci generare de

supreafeţe) este necesar ca şi piesa din lemn să efectueze o anumită mişcare de poziţionare faţă de sculă (sau invers, scula să fie poziţionată faţă de piesă) realizându-se astfel o mişcare de avans.

Mişcarea de avans – este mişcarea de poziţionare a piesei faţă de sculă (sau a sculei faţă de piesă) care asigură tăierea succesivă de noi aşchii din adaosul de prelucrare al piesei din lemn de prelucrat.

Această mişcare este o mişcare complementară a mişcării de tăiere, ea asigurând realizarea procesului de tăiere după fiecare ciclu al mişcării de tăiere şi efectuându-se concomitent cu aceasta.

Mişcarea de avans se poate realiza continuu sau intermitent, în funcţie de natura şi forma mişcării de tăiere. Astfel, în cazul în care mişcarea de tăiere este o mişcare rectilinie alternativă (ex. tăierea plană a furnirelor, ferăstruirea la gatere etc.) şi mişcarea de avans va fi o mişcare intermitentă. Dacă mişcarea de tăiere este o mişcare continuă (de rotaţie sau rectilinie continuă) şi mişcarea de avans va fi o mişcare continuă (cazurile cele mai des întâlnite, cum ar fi: frezare, ferăstruire cu pânze circulare etc.).

În practică, exprimarea mişcării de avans se poate face şi prin noţiunea de avans unitar. Avansul unitar – reprezintă mărimea deplasării pe direcţia mişcării de avans efectuată

în timpul unui ciclu al mişcării de tăiere (o rotaţie a sculei, o cursă dublă etc.). Se pot defini, astfel, următoarele cazuri de avans unitar:

• avans la o rotaţie – un- reprezintă mărimea deplasării pe direcţia mişcării de avans efectuată în timpul unei rotaţii a mişcării de tăiere (mişcarea de rotaţie a sculei sau a piesei).

• avans la o cursă dublă – ucd – reprezintă mărimea deplasării pe direcţia mişcării de avans efectuată în timpul unei curse duble a mişcării de tăiere (în cazul în care mişcarea de tăiere este o mişcare rectilinie-alternativă ca în cazul gaterelor sau maşinilor de tăiat plan furnire).

• avans pe dinte – uz – reprezintă mărimea deplasării pe direcţia mişcării de avans efectuată în timpul rotaţiei complete a unui dinte tăietor a sculei sau în timpul rotaţiei cu pas unghiular al dinţilor sculei (când scula tăietoare are mai mulţi dinţi).

Din punct de vedere cantitativ, mişcarea de avans este caracterizată de mărimea vitezei de avans – u – exprimată în general, în m/min. În cazul unui proces de prelucrare mecanică pentru tăierea lemnului cu o sculă cu un număr – zs – de dinţi, care execută o mişcare de tăiere cu o turaţie – ns – iar mărimea avansului unitar este - uz, mărimea vitezei de avans, u, este dată de relaţia:

min]/m[1000

znuu ssz ⋅⋅= (2.3)

33

unde: uz – este avansul unitar (sau avansul pe dinte) în mm/dinte; zs – reprezintă numărul de dinţi tăietori ai sculei; ns – reprezintă turaţia sculei, în rot/min.

Relaţia de calcul a mărimii vitezei de avans, u – se poate particulariza şi pentru cazurile în care mişcarea de tăiere este o mişcare rectilinie-alternativă.

Din cele prezentate anterior se poate deduce că un proces de prelucrare mecanică, realizat după una din metodele sau procedele specifice tăierii lemnului, se poate realiza numai în prezenţa celor două mişcări de bază sau de generare: mişcarea de tăiere (caracterizată prin mărimea vitezei de tăiere) şi mişcarea de avans (caracterizată prin mărimea vitezei de avans sau mărimea avansului unitar).

Pentru a se putea prelucra pe aceeaşi maşină-unealtă şi alte piese din lemn, în alte condiţii ale regimului de tăiere (altă turaţie a sculei, altă sculă cu alt diametru, altă adâncime de tăiere etc.), aceasta trebuie să asigure, prin structura ei cinematică, posibilitatea realizării unor mişcări auxiliare. Aceste mişcări se efectuează în afara ciclului de lucru al maşinii-unelte, deci ele nu participă direct la realizarea procesului de generare. Totuşi, aceste mişcări auxiliare sunt indispensabile pentru a se putea relua aceeaşi operaţie în alte condiţii ale regimului de tăiere. Din această categorie, a mişcărilor auxiliare, fac parte: mişcările necesare pentru fixarea pieselor pe masa maşinii la maşinile care lucrează pe poziţie, mişcările de poziţionare a diferitelor subansamble ale maşinii-unelte între ele şi mişcările de reglare a parametrilor cinematici (viteza de tăiere sau viteza de avans).

În figura 2.13. sunt prezentate sintetic mişcările necesare pentru realizarea oricărui procedeu sau metodă de prelucrare mecanică a lemnului prin tăiere.

În concluzie, se impune precizarea că, oricare ar fi procedeul sau metoda de prelucare mecanică a lemnului, maşina-unealtă construită să-l realizeze trebuie să asigure, prin structura ei cinematică, realizarea mişcărilor de bază (sau de generare) şi, după caz, una sau mai multe mişcări auxiliare. Realizarea acestui deziderat se poate face numai cu ajutorul lanţurilor cinematice ale maşinii-unelte, adică prin realizarea unei combinaţii de diferite tipuri de mecanisme mecanice, electrice, hidraulice sau pneumatice care transmit şi/sau transformă mişcările de la sursele de mişcare la elementele finale ale lanţurilor cinematice.

Totalitatea acestor lanţuri cinematice formează structura cinematică a oricărei maşini-unelte, adică partea ei esenţială.

Fig. 2.13. Clasificarea mişcărilor necesare realizării unui

procedeu de tăiere a lemnului

34

II.1.6. Test de evaluare a cunoştinţelor 1. Definiţi condiţiile de formă ale piesei din lemn. Exemplificaţi. 2. Definiţi generatoarea tehnologică. Exemplificaţi. 3. Definiţi directoarea tehnologică. Exemplificaţi. 4. Definiţi mişcarea de tăiere. Prezentaţi-o din punct de vedere calificativ

(ca formă) şi cantitativ (relaţii de calcul). 5. Definiţi mişcarea de avans. Prezentaţi-o din punct de vedere calitativ (ca

formă) şi cantitativ (relaţii de calcul).

35

Unitatea de învăţare III.1. Cinematica MUPL.

Cuprins

III.1.1. Introducere........................................................................................................ 35 III.1.2. Competenţe ....................................................................................................... 35 III.1.3. Definirea, structura şi clasificarea lanţurilor cinematice .................................. 35

III.1.3.1. Definirea noţiunii de lanţ cinematic .................................................. 36 III.1.3.2. Structura lanţului cinematic .............................................................. 36 III.1.3.3. Clasificarea lanţurilor cinematice...................................................... 40

III.1.4. Calculul lanţurilor cinematice .......................................................................... 46 III.1.4.1. Calculul cinematic al lanţurilor cinematice ...................................... 46 III.1.4.2. Calculul dinamic al lanţurilor cinematice ......................................... 49

III.1.5. Test de evaluare ................................................................................................ 52

III.1.1. Introducere Această unitate de învăţare are drept scop înţelegerea noţiunilor de lanţ

cinematic, structura şi clasificarea lanţurilor cinematice. Calculul cinematic şi dinamic al lanţurilor cinematice completează cunoştinţele teoretice.

III.1.2. Competenţe După parcurgerea acestei unităţi de învăţare, studentul va fi capabil să:

■ definească corect noţiunea de lanţ cinematic; ■ descrie structura unui lanţ cinematic; ■ explice criteriile de clasificare a lanţurilor cinematice; ■ efectueze calculul unui lanţ cinematic.

Durata medie de parcurgere a acestei unităţi de învăţare este de 2 ore.

III.1.3. Definirea, structura şi clasificarea lanţurilor cinematice

Realizarea unui anumit proces de prelucrare mecanică a lemnului prin una din metodele (sau procedeele) tăierii impune existenţa mişcărilor de generare – mişcarea de tăiere şi mişcarea de avans – şi a mişcărilor auxiliare (a unora dintre acestea sau în totalitatea lor).

Realizarea practică a mişcărilor, a traiectoriilor şi a vitezelor necesare precum şi coordonarea acestor mişcări în vederea obţinerii unor anumite regimuri de lucru se poate efectua cu ajutorul unor mecanisme şi organe de maşini care să satisfacă cerinţele teoretice, geometrice şi cinematice necesare desfăşurării în condiţii optime a unui proces de tăiere.

36

Este cunoscut faptul că suprafeţele generate pot fi identice ca formă însă diferite ca dimensiuni, situaţie ce impune ca mecanismele cu ajutorul cărora se realizează curbe generatoare să fie reglabile, funcţie de parametrii dimensionali. De asemenea, realizarea condiţiilor de calitate a suprafeţelor prelucrate (rugozitatea suprefeţelor) precum şi a celorlalţi parametrii tehnologici ai oricărui proces de tăiere impun folosirea unor viteze de tăiere şi de avans reglabile în anumite intervale.

Având în vedere toate aceste considerente, rezultă că cinematica unei maşini-unelte constă dintr-un număr mare de mecanisme care să asigure realizarea mişcărilor de generare şi a celor auxilare.

Fiecare mişcare necesară desfăşurării procesului de generare se poate realiza cu ajutorul lanţurilor cinematice. Totalitatea lanţurilor cinematice constituie structura cinematică a maşinii respective şi constituie partea esenţială a acesteia.

III.1.3.1. Definirea noţiunii de lanţ cinematic

Mişcările de generare, din punct de vedere tehnic, al traiectoriilor şi vitezelor necesare

precum şi coordonarea lor, se pot realiza cu ajutorul diferitelor mecanisme care să satisfacă cerinţele teoretice, geometrice şi cinematice.

Deci, realizarea unei anumite mişcări, cu parametrii bine definiţi şi impuşi de considerente tehnologice, presupune existenţa sursei de mişcare, care, prin intermediul mecanismelor sau organelor de maşini specifice transmit şi/sau transformă în mod corespunzător mişcarea respectivă. Se poate defini lanţul cinematic astfel:

Lanţul cinematic este un ansamblu de mecanisme şi organe specifice care asigură obţinerea unei mişcări cu caracteristici impuse prin transmiterea şi/sau transformarea mişcării date.

Potrivit acestei definiţii, se impune precizarea faptului că, oricare ar fi natura şi tipul mişcării pe care o realizează, un lanţ cinematic este constituit dintr-un grup de mecanisme care asigură primirea, transformarea şi/sau transmiterea unei mişcări date, de la o sursă de mişcare, la un organ final sau organ de execuţie al acestuia.

III.1.3.2. Structura lantului cinematic

Structural, orice lanţ cinematic este format din trei părţi distincte (figura 3.1.): sursa de mişcare, M; transmisia (sau mecanismele transmisiei) intermediară, Tr ; organul final al lanţului cinematic (sau veriga de execuţie), VE.

Sursa de mişcare – M – sau organul motor al unui lanţ cinematic – este reprezentată de sursa de putere (de forţă) care antrenează (pune în mişcare) organele finale (sau verigile de execuţie) prin intermediul mecanismelor transmisiei intermediare.

În principiu, fiecărei verigi de execuţie trebuie să-i corespundă un organ motor sau o sursă de mişcare, care, de regulă, este un motor electric. În practică se întâlnesc situaţii când mai multe verigi de execuţie sunt acţionate simultan de la o singură sursă de mişcare. De asemenea, sunt şi cazuri când o verigă de execuţie este acţionată de la două sau mai multe surse de mişcare.

Ca surse de mişcare, în afara motoarelor electrice, se mai pot întâlni şi alte tipuri, ca: motoare pneumatice (liniare sau rotative), motoare hidraulice (liniare, rotative sau cu mişcare circular-alternativă), motoare hidropneumatice sau cu acţionare manuală (de la roţi de mână, manete, pedale etc.). Oricare ar fi natura şi tipul sursei de mişcare, ea este caracterizată valoric

37

prin mărimea de intrare în lanţul cinematic – ni – şi poate fi constantă (figura 3.1.a,b) sau reglabilă (în trepte sau continuu) între două limite, ni min …ni max (figura 3.1.c,d).

Fig. 3.1. Scheme structurale ale unor lanţuri cinematice

Dacă sursa de mişcare este reglabilă într-un interval ni min …ni max, se defineşte raportul

de reglare a mărimilor de intrare – Rni – raporul între valoarea maximă şi cea minimă a domeniului de variaţie a mărimilor de intrare:

min

max

i

ii n

nRn = (3.1.)

Transmisia intermediară – Tr – sau mecanismele transmisiei intermediare reprezintă ansamblul elementelor sau organelor de maşini legate între ele prin cuple cinematice, având drept rol funcţional transmiterea şi/sau transformarea unei mărimi fizice date, în altă mărime fizică, de aceeaşi natură, stabilind un anumit raport între aceste mărimi.

Prin urmare, mecanismele transmisiei intermediare asigură transmiterea şi/sau transformarea mărimii de intrare în lanţul cinematic – ni – (mărime care defineşte sursa de mişcare) în mărime de ieşire din lanţul cinematic - ne – (mărime care caracterizează veriga de execuţie sau organul final al lanţului cinematic). Această definire a noţiunii de transmisie intermediară este restrânsă numai la mecanismele mecanice şi se referă numai la transmiterea şi/sau tranformarea unei mişcări cunoscute (mărimea de intrare, ni) într-o mărime bine determinată a elemntului final (mărimea de ieşire, ne). Deoarece în structura lanţurilor cinematice ale maşinilor-unelte se întâlnesc şi mecanisme de altă natură (hidraulice, pneumatice sau combinaţii ale acestora cu mecanisme mecanice), definirea noţiunii de mecanisme ale transmisiei intermediare trebuie să se facă pornind de la scopul funcţional al acestora, adică realizarea operaţiei de transfer.

Transmisia intermediară se carcterizează prin raportul de transfer, iT, definit ca raportul dintre mărimea de ieşire, ne şi mărimea de intrare ni.

i

eT n

ni = (3.2.)

Raportul de transfer astfel definit poate fi adimensional sau dimensional, în funcţie de unităţile de măsură în care sunt exprimate cele două mărimi care îl definesc.

Astfel, în cazul unui angrenaj (Tabelul 3.1) mărimea de intrare – ni – este turaţia roţii conducătoare (cu z1 dinţi) iar mărimea de ieşire – ne – este turaţia roţii conduse (cu z2 dinţi). Raportul de transfer al angrenajului este:

2

1zz

nni

i

eT == (3.3.)

38

şi este adimensional. În cazul mecanismului şurub-piuliţă (Tabelul 3.1) mărimea de intrare (ni = ns) este

turaţia ns a şurubului iar mărimea de ieşire (ne = v) este viteza de deplasare a piuliţei, v. Deci, raportul de transfer va fi:

si

eT n

vnni == (3.4.)

Viteza de deplasare a piuliţei, v, se poate determina în funcţie de pasul filetului, p şi turaţia şurubului – ns – cu relaţia:

][mmnpv s⋅= (3.5.)

Expresia raportului de transfer va fi:

][mmpn

npnvi

s

s

sT =

⋅== (3.6.)

Tabelul 3.1.

Denumirea mecanismului SCHIŢA

Ecuaţia lanţului cinematic

Tie inn ⋅=

Raportul de transfer

i

eT n

ni =

Angrenaj ie n

zz

n ⋅=2

1

2

1

zziT =

Şurub-piuliţă

inpv ⋅= piT =

Pinion-cremalieră

i

i

nzmnzpv⋅⋅⋅==⋅⋅=

π zmzpiT

⋅⋅==⋅=

π

Deci, în acest caz, raportul de transfer este dimensional şi egal cu pasul filetului, p,

exprimat în mm. Din analiza relaţiei (3.2) se observă că între mărimea de ieşire din lanţul cinematic şi

mărimea de intrare în lanţul cinematic există o anumită dependenţă, exprimată prin ecuaţia de transfer sau ecuaţia lanţului cinematic.

Se defineşte ecuaţia de transfer a unui lanţ cinematic relaţia care permite determinarea mărimii de ieşire – ne – funcţie de mărimea de intrare – ni – şi raportul de transfer, iT, sub forma:

iTe nin ⋅= (3.7.)

39

Analizând relaţia (3.7) se observă că, în cazul în care mărimea de intrare ni = ct şi raportul de transfer iT = ct, atunci şi mărimea de ieşire din lanţul cinematic ne = ct (fig.3.1.a).

Dacă raportul de transfer pe care îl asigură mecanismele transmisiei intermediare iT > 1 (raportul de multiplicare), atunci mărimea de ieşire ne > ni, deci rolul funcţional al transmisiei intermediare este acela de a transmite şi multiplica mărimea dată (mărimea de intrare, ni) în mărime necesară, (mărimea de ieşire, ne).

Dacă raportul de transfer, iT < 1 (raport de demultiplicare), atunci mărimea de ieşire ne < ni, rolul funcţional al mecanismelor transmisiei intermediare fiind de a transmite şi demultiplica mărimea dată (ni) în mărime necesară, ne.

Dacă raportul de transfer iT ≠ ct, adică mecanismele transmisiei intermediare asigură un raport de transfer reglabil în trepte sau continuu între limitele iT min…iT max , atunci şi mărimea de ieşire obţinută va fi variabilă (în trepte sau continuu) în limitele:

⎩⎨⎧

⋅=⋅=

iTe

iTe

ninnin

maxmax

minmin (3.8.)

În acest caz (fig.3.1.b), se defineşte drept capacitate de reglare – CT - a

mecanismelor transimisei intermediare raportul dintre limita maximă şi minimă a raportului de transfer, adică:

min

max

T

TT i

iC = (3.9.)

Capacitatea de reglare – CT – a diverselor tipuri de macanisme este limitată de considerente de ordin constructiv, funcţional sau economic. De aceea, în anumite situaţii, ca surse de mişcare pentru lanţurile cinematice se folosesc surse cu mărimea de intrare reglabilă în limitele ni min…ni max (fig.3.1.c). În acest caz, ecuaţiile lanţului cinematic vor fi:

⎩⎨⎧

⋅=⋅=

maxmaxmax

minminmin

iTe

iTe

ninnin

(3.10.)

Deci, mecanismele transmisiei intermediare, oricare ar fi natura lor, (mecanice, hidraulice, pneumatice etc.), se caracterizează prin faptul că raportul lor de transfer poate fi constant sau poate fi modificat (continuu sau în trepte) între două limite, iT max…iT min, determinând o anumită capacitate de reglare, CT.

Veriga de execuţie – VE – sau organul final al unui lanţ cinematic este reprezentată prin elementul de execuţie, care primeşte o mişcare modificată sau nu, de la sursa de mişcare, prin intermediul transmisiei intermediare şi care realizează mişcarea finală.

Prin urmare, veriga de execuţie sau organul final al oricărui lanţ cinematic trebuie să efectueze numai o anumită mişcare, adică o mişcare necesară caracterizată prin mărimea ne.

Forma, mărimea şi sensul acestei mişcări necesare, ne, sunt impuse de cerinţele de ordin funcţional, adică rolul fiecărui lanţ cinematic, acela de a realiza numai o mişcare necesară de la o mişcare dată.

Veriga de execuţie poate fi un ax port-sculă, arbore port-cuţite (pentru realizarea mişcărilor de tăiere), rolă sau valţ de avans (pentru realizarea mişcărilor de avans), mese mobile, suporţi sau alte subansambluri mobile ale maşinii (pentru realizarea mişcărilor auxiliare).

Pentru fiecare maşină-unealtă în parte şi pentru fiecare lanţ cinematic din structura sa, verigile de execuţie sunt distincte şi sunt determinate de rolul funcţional al acestora în structura maşinii, respectiv de mişcarea pe care trebuie să o realizeze (ca mărime şi sens) în procesul de generare a suprafeţelor pieselor din lemn pe maşinile-unelte. Oricare ar fi tipul ei,

40

veriga de execuţie se caracterizează – din punct de vedere cinematic – prin mărimea de ieşire – ne –din lanţul cinematic respectiv, mărime determinată de cerinţe de ordin tehnologic.

În anumite cazuri, cerinţele de ordin tehnologic impun obţinerea la ieşirea din lanţul cinematic a unui interval de reglare a mărimii de ieşire cuprins între limitele nemin…nemax.

Se defineşte ca raport de reglare a mărimilor de ieşire – Rn e – raportul dintre limita maximă şi cea minimă a mărimilor de ieşire:

min

max

e

ee n

nRn = (3.11.)

Realizarea practică a acestui raport de reglare a mărimilor de ieşire este posibilă prin structuri de lanţuri cinematice care să asigure rapoarte de reglare - Rni - mărimilor de intrare corespunzătoare şi capacităţii de reglare – CT – ale mecanismelor transmisiei intermediare adecvate. Pe baza relaţiei (3.10), relaţia (3.11) se poate scrie:

minmin

maxmax

min

max

iT

iT

e

ee ni

ninnRn

⋅⋅

== (3.12.)

Având în vedere şi relaţiile (3.9) şi (3.11), relaţia (3.12) devine:

iTe RnCRn ⋅= (3.13.) Deci, raportul de reglare al mărimilor de ieşire din lanţul cinematic (respectiv intervalul

de variaţie a mărimii de ieşire din lanţul cinematic) este determinat de capacitatea de reglare a mecanismelor transmisiei intermediare, CT şi de raportul de reglare al mărimilor de intrare în lanţul cinematic, Rni.

În cazul în care transmisiile intermediare lipsesc (fig.3.1.d), atunci raportul de reglare al mărimilor de ieşire Rne este egal cu raportul de reglare al mărimilor de intrare, Rni:

ie RnRn = (3.14.) Pentru realizarea acestui deziderat, sursa de mişcare trebuie să asigure un raport de

reglare al mărimilor de intrare, Rni mai mare sau cel puţin egal cu raportul de reglare al mărimilor de ieşire, Rne (Rni ≥ Rne).

III.1.3.3. Clasificarea lanţurilor cinematice

O clasificare exhaustivă a lanţurilor cinematice ale maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului se poate face numai pe baza unor criterii riguros stabilite, în care să se poată încadra toate tipurile de structuri de lanţuri cinematice.

Având în vedere că principalul rol funcţional al oricărui lanţ cinematic este acela de a transmite şi/sau transforma o anumită mişcare din mişcările necesare realizării oricărui proces de tăiere a lemnului, criteriul de bază în clasificarea lanţurilor cinematice trebuie să-l constituie rolul funcţional al acestora.

a) Clasificarea lanţurilor cinematice după rolul funcţional. În funcţie de rolul pe care îl au, adică de a transmite şi/sau transforma o mişcare dată în una necesară, respectiv mişcări de generare şi mişcări auxiliare, lanţurile cinematice se pot clasifica în:

lanţuri cinematice generatoare; lanţuri cinematice auxiliare.

Lanţuri cinematice generatoare – au rolul de a asigura realizarea generării suprafeţelor pieselor din lemn, adică a traiectoriilor generatoare şi directoare şi a vitezelor de deplasare pe aceste traiectorii.

Întrucât mişcările de generare au fost definite ca fiind mişcarea de tăiere şi mişcarea de avans, în mod similar, lanţurile cinematice generatoare vor fi lanţuri cinematice de tăiere şi lanţuri cinematice de avans.

41

Lanţurile cinematice de tăiere – au rolul de a asigura realizarea mişcării de tăiere, respectiv mişcarea de rotaţie a sculei (de regulă). Această mişcare poate fi egală ca mărime cu cea a sursei de mişcare (mărimea de intrare – ni – în lanţul cinematic), poate fi multiplicată sau demultiplicată făţă de sursa de mişcare sau poate fi reglată continuu sau în trepte. Ca formă, mişcarea de tăiere poate fi o mişcare de rotaţie, o mişcare rectilinie continuă sau rectilinie alternativă. În mod similar, lanţurile cinematice de tăiere vor fi:

lanţuri cinematice de tăiere pentru mişcare de rotaţie; lanţuri cinematice de tăiere pentru mişcare rectilinie-continuă; lanţuri cinematice de tăiere pentru mişcare rectilinie-alternativă.

Cea mai uzuală mişcare de tăiere fiind cea de rotaţie, lanţurile cinematice de tăiere vor fi - în majoritatea cazurilor – pentru mişcarea de rotaţie şi cu raport constant de transmitere a mişcării. Există şi situaţii în care sunt necesare diverse sisteme de reglare a mişcării de tăiere, aşa cum se va prezenta în subcapitolul destinat prezentării lanţurilor cinematice de tăiere.

Lanţurile cinematice de avans – au rolul de a asigura realizarea mişcării de avans, respectiv mişcarea de poziţionare a piesei faţă de scula tăietoare (de regulă). În funcţie de modul de realizare a procesului de generare, mişcările de avans pot fi: mişcări rectilinii continue, rectilinii-alternative sau intermitente.

Similar, lanţurile cinematice de avans pot fi: lanţuri cinematice de avans pentru mişcări rectilinii continue; lanţuri cinematice de avans pentru mişcări rectilinii-alternative; lanţuri cinematice de avans pentru mişcări intermitente.

Având în vedere faptul că mişcarea de avans este – în cele mai multe cazuri – variabilă ca mărime, structura lanţurilor cinematice de avans trebuie să conţină mecanisme specifice pentru reglarea mişcării de avans. Acest lucru se poate realiza cu mecanisme pentru reglarea în trepte sau continuă a mişcării de avans, aşa cum se va evidenţia în subcapitolul destinat prezentării lanţurilor cinematice de avans.

Lanţurile cinematice auxiliare – au rolul de a efectua mişcări auxiliare, mişcări care nu participă direct la realizarea procesului de aşchiere, dar care sunt necesare pentru reluarea ciclului de lucru în alte condiţii (alţi parametrii ai regimului de lucru). Mişcările auxiliare au fost definite anterior ca fiind mişcări de fixare, de poziţionare şi de reglare. Similar, lanţurile cinematice care asigură realizarea acestor mişcări, vor fi:

lanţuri cinematice auxiliare de fixare; lanţuri cinematice auxiliare de poziţionare; lanţuri cinematice auxiliare de reglare.

Lanţuri cinematice auxiliare de fixare – au rolul de a asigura realizarea mişcărilor de fixare a pieselor pe masa maşinii – de regulă – mişcări indispensabile la maşinile care lucrează pe poziţie (fixarea piesei pe masa maşinii de găurit, fixarea piesei între chernerele strungului şi derulorului, fixarea prismei pe masa maşinii de tăiat plan furnire etc).

Lanţuri cinematice auxiliare de poziţionare - au rolul de a asigura realizarea mişcărilor de poziţionare a unor subansambluri sau organe de maşini-unelte faţă de altele. Aceste mişcări – deci şi aceste tipuri de lanţuri cinematice auxiliare – se întâlnesc, practic, la toate maşinile-unelte pentru prelucrarea lemnului şi se realizează prin diverse mijloace, de regulă mecanisme mecanice (de tip şurub-piuliţă, cel mai uzual) acţionate manual, cu ajutorul unor roţi de mână, manete etc. La maşinile-unelte cu comandă numerică (în general la maşinile-unelte automate) mişcările auxiliare de poziţionare sunt realizate cu lanţuri cinematice acţionate şi comandate automat.

Lanţuri cinematice auxiliare de reglare – au rolul de a asigura realizarea mişcărilor auxilare de reglare a vitezei de tăiere sau de avans, respectiv reglarea turaţiei sculelor sau axelor port-cuţite, în cazul reglării vitezei de tăiere – sau a turaţiei valţurilor, rolelor de avans etc., în cazul reglării vitezei de avans.

42

În funcţie de tipul mecanismelor de reglare: mecanisme mecanice, hidraulice, pneumatice, electrice sau combinatii ale acestora, precum şi în funcţie de natura mişcării de reglare (continuă sau în trepte) lanţurile cinematice auxilare de reglare vor fi:

lanţuri cinematice auxiliare pentru reglare continuă; lanţuri cinematice auxiliare pentru reglare în trepte.

La majoritatea maşinilor existente predomină sistemele mecanice de reglare (continuă sau în trepte), de tipul cutiilor de viteze (sau de avans) sau a variatoarelor mecanice continui.

În ultima perioadă, datorită dezvoltării electronicii şi a ieftinirii echipamentelor electrice, tot mai des sunt folosite sisteme electronice de reglare, mai fiabile şi cu randament net superioare, asigurându-se - pe lângă simplificarea structurii cinematice generale a maşinilor-unelte – şi o mărire considerabilă a intervalului de reglare, cu implicaţii favorabile asupra lărgirii domeniului de utilizare a maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului.

În afara rolului funcţional al lanţurilor cinematice, acestea au şi anumite structuri proprii, care le diferenţiază destul de mult, structura lor putând constitui un alt criteriu de clasificare.

b) Clasificarea lanţurilor cinematice după structură. După structura lor, adică după

natura şi tipul elementelor structurale (sursa de mişcare, transmisia intermediară şi veriga de execuţie) lanţurile cinematice pot fi:

lanţuri cinematice cu sursă proprie de mişcare; lanţuri cinematice dependente.

În cazul lanţurilor cinematice cu sursă proprie de mişcare, structura acestora poate fi simplă (fără transmisie intermediară – fig.3.2.a), cu transmisie intermediară, având raport constant de transmitere a mişcării (fig.3.2.b) sau cu raport reglabil de transmitere a mişcării (fig.3.2.c).

În cazul lanţurilor cinematice cu structură simplă (fig.3.2.a) fără transmisie intermediară, mărimea de ieşire, ne, din lanţul cinematic este egală ca mărime şi sens cu mărimea de intrare, ni (ne = ni).

În cazul lanţurilor cinematice cu transmisii intermediare cu raport constant (fig.3.2.b) mărimea de ieşire poate fi multiplicată (dacă iT > 1) sau demultiplicată (dacă iT < 1) faţă de mărimea de intrare, ni, funcţie de natura raportului de transfer al mecanismelor transmisiei intermediare.

În cazul structurilor cu transmisii intermediare reglabile (fig.3.2.c) acestea pot fi: cu raport de reglare variabil continuu (variatoare mecanice continue) sau cu raport de reglare în trepte (transmisii mecanice în două sau mai multe trepte, cutii de viteze sau avansuri etc.).

Fig. 3.2. Structuri de lanţuri cinematice cu sursă proprie de mişcare

43

Lanţuri cinematice dependente – sunt acele tipuri de lanţuri cinematice care nu au surse proprii de mişcare, ele primind mişcarea fie de la transmisia intermediară a unui lanţ cinematic (fig.3.3.a) fie de la veriga de execuţie a unui lanţ cinematic cu sursă proprie (fig.3.3.b).

Şi în acest caz, mecanismele transmisiilor intermediare pot fi cu raport constant de transfer (demultiplicator sau multiplicator) sau cu raport de transfer reglabil (continuu sau în trepte).

Structura şi rolul funcţional al lanţurilor cinematice mai pot fi influenţate şi de natura şi tipul sursei de mişcare, aceasta constituind, deci, un alt criteriu de clasificare.

c) Clasificarea lanţurilor cinematice după natura sursei de mişcare. După natura sursei de mişcare, lanţurile cinematice pot fi:

lanţuri cinematice cu acţionare manuală; lanţuri cinematice cu acţionare mecanică.

Lanţurile cinematice cu acţionare manuală - sunt de regulă lanţuri cinematice auxiliare, având o structură simplă, cu sau fără transmisie intermediară (fig.3.4.).

Fig. 3.3. Structuri de lanţuri cinematice dependente

Fig. 3.4. Structura unui lanţ cinematic cu acţionare manuală:

a) fără transmisie intermediară; b) cu transmisie intermediară; c) cu mecanism de transformare a mişcării de rotaţie; d) cu transmisie

intermediară şi mecanism de transformare a mişcării

44

Acţionarea manuală a lanţurilor cinematice se poate face cu ajutorul unor manete, manivele sau roţi de mână, m (fig.3.4). Aceste lanţuri cinematice cu acţionare manuală se întâlnesc şi în structura maşinilor-unelte moderne, chiar şi la măşinile-unelte cu comandă numerică, pentru realizarea unor mişcări de poziţionare a diferitelor subansambluri ale acestora. Din punct de vedere structural, ele pot fi fără transmisie intermediară (fig.3.4,a), cu transmisie intermediară Tr, cu raport constant de transfer (fig.3.4,b), cu mecanism de transformare a mişcării de rotaţie în mişcare rectilinie – MRA (fig.3.4,c) şi cu transmisie intermediară – Tr – şi mecanism de transformare a mişcării de rotaţie în mişcare rectilinie alternativă (fig.3.4,d).

Lanţurile cinematice cu acţionare mecanică cuprind majoritatea tipurilor de lanţuri cinematice, acţionarea mecanică putându-se realiza pe cale electrică, hidraulică sau pneumatică. Structura unui lanţ cinematic cu sursă de mişcare electrică (un motor electric de curent continuu sau alternativ) este evidenţiată în fig.3.1. şi este structura cea mai des întâlnită în practică, mai ales în cazul lanţurilor cinematice de tăiere.

Structura unui lanţ cinematic cu acţionare hidraulică (sursa de mişcare o pompă) este prezentată în fig.3.5.a, iar structura unui lanţ cinematic cu acţionare pneumatică în fig.3.5.b. Aceste structuri se întâlnesc mai ales în cazul lanţurilor cinematice de avans sau auxiliare (de fixare).

În cazul structurilor de lanţuri cinematice cu acţionare hidraulică şi pneumatică diferenţierea constă numai în modul de realizare a sursei de mişcare: lichid sub presiune (cu ajutorul pompei, PH), fig.3.5.a, sau aer comprimat, SSP de la reţea, prin blocul de preparare a aerului, B.P.A., fig.3.5.b.

Rolul celorlalte elemente structurale componente este acelaşi şi anume: distribuitorul hidraulic (DH) sau pneumatic (Dp) are rol de cuplaj pornire-oprire

(O.P.) şi inversor de sens de mişcare (I); droselul – Dr – are rolul – în ambele cazuri – de a regla debitul de lichid (fig.3.5.a)

sau aer comprimat (fig.3.5.b), respectiv reglarea vitezei de mişcare a organului acţionat, VE;

motorul hidraulic (MH) sau pneumatic (Mp) are rolul de a transforma energia mediului hidraulic sau a aerului comprimat în lucru mecanic şi de a acţiona veriga de execuţie, VE.

Fig. 3.5. Structura unui lanţ cinematic cu acţionare mecanică:

a) acţionare hidraulică; b) acţionare pneumatică

45

Motorul hidraulic (sau pneumatic) poate fi un motor hidraulic liniar (MHL) sau rotativ (MHR) (fig.3.5.a).

O prezentare sintetică a clasificării lanţurilor cinematice ale maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului poate fi urmărită în schema din figura 3.6.

În concluzie, se poate evidenţia faptul că, o clasificare a lanţurilor cinematice după criteriile propuse: după rolul funcţional al acestora, după structura şi după natura sursei de mişcare, include toate tipurile de lanţuri cinematice ale maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului. De asemenea, este important de relevat şi faptul că, principalul criteriu de clasificare îl constituie criteriul de clasificare după rolul funcţional al lanţurilor cinematice, acest criteriu fiind de maximă cuprindere.

Fig. 3.6. Clasificarea lanţurilor cinematice ale maşinilor unelte pentru

prelucrarea lemnului

46

III.1.4. Calculul lanţurilor cinematice

Calculul unui lanţ cinematic - oricare ar fi rolul lui funcţional – constă din determinarea mărimilor cinematice şi dinamice pentru sursa de mişcare şi transmisia intermediară funcţie de elementele cinematice şi dinamice ale verigii de execuţie (sau organul final) a lanţului cinematic respectiv.

Mărimile cinematice şi dinamice care caracterizează veriga de execuţie a oricărui lanţ cinematic sunt determinate de rolul funţional al fiecărui lanţ cinematic în parte.

Având în vedere că rolul funcţional al lanţului cinematic este acela de a asigura, după cum s-a amintit, o anumită mişcare (de generare sau auxiliară), calculul cinematic al oricărui lanţ cinematic se face pornind de la stabilirea domeniului de variaţie a mărimii de ieşire din lanţul cinematic, respectiv raportul de reglare a mărimii de ieşire, Rne. Calculul dinamic presupune determinarea puterii (sau a momentului de torsiune rezistent) la organul final sau veriga de execuţie.

III.1.4.1. Calculul cinematic al lanţurilor cinematice Pentru efectuarea calcului cinematic este necesar să se stabilească, din considerente de

ordin tehnologic, intervalul de variaţie a mărimii de ieşire din lanţul cinematic, respectiv limita superioară – ne max – şi inferioară – ne min – precum şi raportul de reglare a mărimii de ieşire din lanţul cinematic (vezi relaţia 3.11), Rne.

Astfel, pentru un lanţ cinematic de tăiere, mărimea de ieşire – ne – este dată de turaţia sculei, ns. Aceasta se calculează în funcţie de viteza de tăiere – v – impusă de considerente de ordin tehnologic – şi diametrul sculei, Ds – care este un parametru constructiv al sculei, cu relaţia:

min]/rot[D

vns

s ⋅=π

(3.15.)

unde: v este viteza de tăiere, în m/s; Ds – diametrul sculei, în m, sau:

min]/rot[D

v100060ns

s ⋅⋅⋅

=π

(3.16.)

unde: v este viteza de tăiere, în m/s; Ds – diametrul sculei, în mm. Dacă viteza de tăiere, v, variază între limitele: vmin…vmax, iar diametrul sculei variază

între limitele: Ds min…Ds max, atunci şi turaţia sculei va varia între limitele:

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

⋅==

⋅==

maxs

maxmaxemaxs

mins

minminemins

Dvnn

Dvnn

π

π (3.17.)

În acest caz, raportul de reglare pentru mărimea de ieşire din lanţul cinematic va fi (conform relaţiei 3.11):

maxs

mins

min

max

mine

maxees D

Dvv

nn

RnRn ⋅=== (3.18.)

Din analiza relaţiei (3.18) se observă că raportul de reglare a mărimii de ieşire din lanţul cinematic de tăiere variază direct proporţional cu raportul de reglare al vitezelor de tăiere, Rv şi invers proporţional cu raportul de reglare a diametrelor sculelor, RDS.

47

Astfel, dacă se notează: min

max

vv

Rv = şi min

max

s

sDS D

DR = atunci relaţia (3.18) se poate

scrie:

DS

ves R

RRnRn == (3.18’.)

Prin urmare, se poate evidenţia faptul că realizarea de regimuri de lucru cu viteze de tăiere variabile, este posibilă cu structuri de lanţuri cinematice cu turaţii ale mărimii de ieşire constante (Rns = Rne = 1) dacă raportul de reglare al vitezelor de tăiere Rv = RDS, adică variind corespunzător diametrelor sculelor, funcţie de domeniul de variaţie al vitezelor de tăiere. Acesta este şi motivul pentru care, în majoritatea cazurilor, mărimea de ieşire din lanţul cinemaitc de tăiere este constantă (ne = ct).

Sunt însă şi situaţii în care se impune obţinerea de turaţii variabile (reglabile) la mărimea de ieşire (turaţia sculei) astfel încât, pentru diametre maxime ale sculelor, Ds max, să se utilizeze turaţiile minime, şi invers. În acest caz, turaţiile minime şi maxime ale sculei vor fi:

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

⋅π==

⋅π==

mins

maxmaxsmaxe

maxs

minminsmine

Dv

nn

Dv

nn (3.17’.)

Deci raportul de reglare a mărimilor de ieşire din lanţul cinematic va fi:

DSvs

sse RR

DD

vv

vD

Dv

RnRn ⋅=⋅=⋅

⋅⋅

==min

max

min

max

min

max

min

max ππ (3.18”.)

Raportul de reglare a mărimii de ieşire, Rne = Rns, va fi, deci, mult mai mare şi aceasta impune structuri de lanţuri cinematice de tăiere corespunzătoare.

Pentru lanţul cinematic de avans, mărimea de ieşire este dată de turaţia elementului final al lanţului cinematic, respectiv turaţia rolei de avans sau a valţului de avans, turaţie care se calculează cu relaţia:

min]/rot[uCDr

u1000nn 1er ⋅=⋅⋅

==π

(3.19.)

unde: u este mărimea de avans, în m/min; Dr este diametrul rolei de avans (valţuri etc.), în

mm; iar .ctD

Cr

=⋅

=π1000

1

Ştiind însă că viteza de avans, u, este determinată de mărimea avansului pe dinte, uz, turaţia sculei, ns şi de numărul de dinţi ai sculei, zs (relaţia 2.3), mărimea de ieşire din lanţul cinematic de avans (rel. 3.19) se poate scrie:

ssz2ssz

1er znuC1000

zuuCnn ⋅⋅⋅=⋅⋅

⋅== (3.20.)

Având în vedere că mărimea avansului pe dinte, uz, poate varia între limitele: uz

min…uz max, turaţia sculei, ns, poate varia între limitele: ns min…ns max, iar numărul de dinţi, zs, poate varia între limitele: zs min…zs max, intervalul de variaţie a mărimii de ieşire din lanţul cinematic va fi:

48

⎩⎨⎧

⋅⋅⋅==⋅⋅⋅==

maxsmaxsmaxz2maxemaxr

minsminsminz2mineminr

znuCnnznuCnn

(3.21.)

În acest caz, raportul de reglare a mărimilor de ieşire, Rne, va fi:

min

max

min

max

min

max

min

max

s

s

s

s

z

z

e

ee z

znn

uu

nn

Rn ⋅⋅== (3.22.)

Având în vedere faptul că:

zminz

maxz Ruuu

= şi reprezintă raportul de reglare al avansului pe dinte;

smins

maxs Rnnn

= şi reprezintă raportul de reglare al turaţiei sculei;

smins

maxs Rzzz

= şi reprezintă raportul de reglare al numărului de dinţi ai sculei, relaţia

3.22. se poate scrie: ssze RzRnRuRuRn ⋅⋅== (3.22’.)

În mod similar se pot calcula şi pentru celelalte tipuri de laţuri cinematice mărimea de ieşire, respectiv rapoartele de reglare ale acestora.

O dată determinate mărimile de ieşire şi rapoartele de reglare ale acestora, pe baza relaţiei (3.13): Rne = CT ⋅ Rni se pot scrie ecuaţiile de transfer ale lanţului cinematic, respectiv:

⎩⎨⎧

⋅=⋅=

maximaxTmaxe

miniminTmine

ninnin

(3.23.)

Din analiza relaţiei (3.13) se observă că, oricare ar fi raportul de reglare al mărimilor de ieşire din lanţul cinematic, acesta se poate obţine prin alegerea de mecanisme ale transmisiei intermediare care să asigure o capacitate de reglare, CT, dată de relaţia (3.19) şi o sursă de mişcare reglabilă, a cărei mărime de intrare, ni , să asigure un raport de reglare, Rni.

Dacă sursa de mişcare este constantă, Rni = 1, atunci: Rne = CT; deci, mecanismele

transmisiei intermediare trebuie să asigure o capacitate de reglare: min

max

T

TT i

iC = suficient de

mare, respectiv cel puţin egală cu raportul de reglare a mărimii de ieşire din lanţul cinematic. Având în vedere faptul că, în majoritatea cazurilor, mecanismele transmisiei intermediare sunt mecanisme mecanice, ele au capacităţi de reglare limitate, din considerente de ordin constructiv, cum ar fi:

• variatoare mecanice continue: CT = 6…8; • variatoare mecanice în trepte: CT = 4…10.

Prin urmare utilizarea unor transmisii intermediare de tipul variatoarelor continue sau cutiilor de viteze (sau avansuri) cu reglare în trepte este limitată - pe de o parte - de capacitatea de reglare limitată a acestor mecanisme, iar pe de altă parte, de randamentul total al lanţului cinematic care va fi cu atât mai mic cu cât numărul transmisiilor intermediare este mai mare.

Pentru a mării capacitatea de reglare CT a mecanismelor transmisiilor intermediare impuse de raportul de reglare al mărimilor de ieşire, Rne, se pot folosii trei soluţii:

49

• combinarea a două sau mai multe transmisii mecanice intermediare, reglabile; • combinarea de transmisii mecanice reglabile, cu surse de mişcare reglabile (ex:

Motoare cu 2…3 turaţii); • utilizarea de surse de mişcare reglabile, cu rapoarte de reglare a mărimii de intrare,

Rni ≥ Rne. În primul caz – combinarea mai multor transmisii intermediare – raportul total de

transfer va fi:

∏=⋅==

n

1kknk21T ii....i....iii (3.24.)

Dacă aceste transmisii sunt reglabile, fiecare în parte, în intervale: imin…imax, rapoartele de transfer totale minime şi maxime vor fi:

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

∏=⋅=

∏=⋅=

=

=n

1kmaxkmaxnmaxkmax2max1maxT

n

1kminkminnminkmin2min1minT

ii....i....iii

ii....i....iii (3.25.)

În acest caz, capacitatea de reglare a mecanismelor transmisiilor intermediare va fi:

∏

∏==

=

=n

1kmink

n

1kmaxk

minT

maxTT

i

i

iiC (3.26.)

Utilizarea în practică a acestei soluţii – combinarea mai multor transmisii intermediare reglabile – este limitată de considerente de ordin dinamic, respectiv randamentul total al lanţului cinematic scade proporţional cu numărul transmisiilor intermediare.

A doua soluţie - combinarea de transmisii reglabile cu surse de mişcare reglabile – este o soluţie întâlnită în practică la unele maşini-unelte actuale şi determinarea raportului de reglare al mărimilor de ieşire Rne se face cu relaţia 3.13, iar limitele intervalului de variaţie a mărimilor de ieşire, respectiv ne min…ne max se determină cu relaţiile (3.10). În aceste cazuri, sursele de mişcare utilizate sunt motoare electrice cu reglare în trepte a turaţiilor (2 sau 3 trepte de turaţii) iar transmisiile intermediare pot fi atât transmisii mecanice cu reglare în trepte cât şi cu reglare continuă a turaţiei.

Structurile moderne de lanţuri cinematice întâlnite la maşinile-unelte cu comndă numerică sunt însă bazate pe o a treia soluţie prezentată, respectiv utilizarea de surse de mişcare reglabile, cu raport de reglare a mărimii de intrare Rni ≥ Rne. Acest lucru a devenit posibil datorită perfecţionării sistemelor de comandă şi reglare prin utilizarea de convertizoare statice la acţionarea motoarelor de curent alternativ sau prin utilizarea de blocuri de comandă şi reglare continuă (variatoare electronice de turaţii), la acţionarea motoarelor de curent continuu. În funcţie de tipul motorului de curent continuu utilizat, variaţia turaţiei acestuia se poate face în limite foarte largi, practic de la zero (nmin = 0), la nmax, asigurând rapoarte de reglare a mărimii de intrare Rni > 100. Aceste rapoarte de reglare mari sunt necesare mai ales pentru lanţurile cinematice de avans.

III.1.4.2. Calculul dinamic al lanţurilor cinematice

Calculul dinamic al unui lanţ cinematic - în general – se efectuează în scopul determinării solicitărilor (forţe şi momente) care apar în organul final (sau veriga de execuţie). Calculul se face în scopul dimensionării corespunzătoare a acestui element structural al

50

lanţului cinematic, dar, mai ales, pentru calculul puterii motorului de acţionare a lanţului cinematic respectiv.

Determinarea analitică a forţelor, momentelor şi puterii care acţionează asupra verigii de execuţie a lanţurilor cinematice de tăiere şi de avans se face pe baza metodologiei de calcul a regimurilor de lucru, analizată şi prezentată la cursurile de specialitate (Dogaru 1981, Dogaru 1985). În toate situaţiile, pe baza calculelor analitice se determină puterea rezistentă la organul final sau veriga de execuţie, Pm. Pe baza puterii rezistente, se determină puterea motorului, Pm, cu relaţia:

tot

rm

PPη

= (3.27.)

unde: ηtot este randamentul total al lanţului cinematic. Din analiza relaţiei (3.27) se observă că, puterea motorului de antrenare a unui lanţ

cinematic este influenţată – invers proporţional - de randamentul total al lanţului cinematic respectiv. Deci, cu cât structura lanţului cinematic respectiv conţine mai multe transmisii intermediare, fiecare transmisie caracterizată printr-un anumit randament al transmisiei, ηk, subunitar, cu atât randamentul total al lanţului cinematic va fi mai mic, deci puterea motorului de antrenare va fi mai mare.

În cazul unui lanţ cinematic cu n transmisii intermediare, randamentul total al lanţului cinematic va fi:

∏=⋅⋅==

n

1kknk21tot ........ ηηηηηη (3.28.)

iar puterea motorului va fi:

∏=

= n

kk

rm

PP

1

η (3.29.)

Ţinând cont de faptul că ηk < 1, rezultă că 11

<<∏=

n

kkη , adică randamentul total al

lanţului cinematic este mult mai mic decât unitatea, ceea ce impune o creştere corespunzătoare a puterii motorului faţă de puterea rezistentă la veriga de execuţie (adică mărimea necesară). Se impune, deci, observaţia că, structura optimă a unui lanţ cinematic este cea care conţine cât mai puţine transmisii intermediare. La limită, lanţul cinematic cu ηtot = 1 este acel lanţ cinematic care nu are transmisie intermediară, deci la care Pm = Pr (fig.3.1.d).

La calculul puterii motorului, în afara puterii rezistente, Pr, este necesar să se ţină cont şi de puterea dinamică, Pd, datorată maselor transmisiilor mecanice şi a verigii de execuţie în mişcarea de rotaţie. Aprecierea cantitativă a mişcării, adică cu luarea în considerare a puterii dinamice, se poate face pe baza relaţiei:

dtot

rm PPP +=

η (3.30.)

Puterea dinamică, Pd, se poate determina ca expresie a variaţiei energiei cinetice cu relaţia:

dtdEP c

d = (3.31.)

unde: dEc reprezintă variaţia energiei cinetice, Ec, iar dt intervalul de timp luat în considerare. Energia cinetică a maselor în mişcare de rotaţie se calculează cu relaţia:

51

2c J

21E ω⋅⋅= (3.32.)

unde: J este momentul de inerţie al maselor în mişcare de rotaţie, iar ω este viteza unghiulară a acestora. Având în vedere că:

g4DGJ

2⋅= (3.33.)

unde: G este greutatea maselor în mişcare de rotaţie, D este diametrul de giraţie al acestora, iar g este acceleraţia gravitaţională, relaţia (3.31)se poate scrie:

dtd

g4DG

dtdJ

dtdEP

2c

dωωωω ⋅⋅

⋅=⋅⋅== (3.34.)

Ţinând cont de faptul că viteza unghiulară ω este determinată de turaţia elementului final, ne(t):

30)(tne⋅

=π

ω (3.35.)

puterea dinamică se va calcula cu relaţia:

dt)t(dn

30)t(n

g4DGP ee

2

d ⋅⋅

⋅⋅

=π

(3.36.)

sau:

dt)t(dn

375nDGP ee

2

d ⋅⋅⋅

= (3.37.)

În acest caz, puterea totală a motorului de acţionare a lanţului cinematic va fi:

dt)t(dn

375nDGPPPP ee

2

tot

rd

tot

rm ⋅

⋅⋅+=+=

ηη (3.38.)

Din analiza relaţiei (3.38.) se desprinde concluzia că alegerea corectă a motorului electric care acţionează un lanţ cinematic, a caracteristicilor acestuia (Pm, nm, Mn etc.), se poate face numai cu luarea în considerare şi a puterii dinamice datorate maselor transmisiilor mecanice intermediare cât şi a verigii de execuţie raportate la axul motorului.

Acest lucru este cu atât mai important cu cât, în anumite cazuri (ex: maşini de îndreptat, maşini de rindeluit la grosime etc.), arborii port-cuţite au mase mari, de ordinul zecilor de kilograme şi turaţii ridicate. În alte cazuri, la gatere, la maşini de tăiat plan furnire etc., verigile de execuţie ale lanţurilor cinematice de tăiere, respectiv rama cu pânze de gater şi suportul port-cuţit au mase de ordinul sutelor de kilograme iar mişcările executate sunt rectilinii-alternative.

De asemenea, se evidenţiază faptul că, cu cât numărul transmisiilor intermediare va fi mai mare, puterea dinamică va fi mai mare, deci puterea totală a motorului electric va creşte corespunzător.

Această creştere de putere nu se face în scop util, ea se regăseşte în aşa zisa putere de mers în gol. Practic, se consumă energie electrică (putere) numai pentru acţionarea unor mase în mişcare de rotaţie (de regulă) şi nu pentru un scop util, realizarea mişcării de tăiere sau de avans.

În concluzie şi calculul dinamic al lanţurilor cinematice evidenţiază cu pregnanţă necesitatea simplificării acestora, în sensul reducerii numărului (sau eliminării totale) a

52

transmisiilor intermediare, prin utilizarea unor surse de mişcare care să asigure rapoarte de reglare ale mărimii de intrare corespunzătoare (Rni ≥ Rne).

III.1.5. Test de evaluare a cunoştinţelor 1. Completaţi spaţiile libere pentru a defini noţiunea de lanţ cinematic:

Lanţul cinematic este un ansamblu de... şi organe specifice care asigură realizarea unei... cu caracteristici.... prin..... şi/sau.... unei mişcări date. 2. Completaţi spaţiile libere:

După rolul funcţional, lanţurile cinematice se clasifică în: - lanţuri cinematice.......... - .............

- ............. - lanţuri cinematice.......... - .............

- ............ - .............

53

Unitatea de învăţare IV.1. Lanţuri cinematice generatoare de tăiere.

Cuprins IV.1.1. Introducere........................................................................................................ 53 IV.1.2. Competenţe ....................................................................................................... 53 IV.1.3. Lanţuri cinematice generatoare de tăiere.......................................................... 53

IV.1.3.1. Lanţuri cinematice generatoare de tăiere pentru mişcarea de rotaţie ..... 54 IV.1.3.2. Lanţuri cinematice generatoare de tăiere pentru mişcarea rectilinie continuă ................................................................................................................. 61 IV.1.3.3. Lanţuri cinematice generatoare de tăiere pentru mişcarea rectilinie-alternativă .............................................................................................................. 63

IV.1.4. Test de evaluare ................................................................................................ 65

IV.1.1. Introducere Această unitate de învăţare este destinată însuşirii de către studenţi a structurilor

şi tipurilor de lanţuri cinematice de tăiere, pentru fiecare tip de mişcare de tăiere: de rotaţie, rectilinie-continuă şi rectilinie-alternativă.

IV.1.2. Competenţe După parcurgerea acestei unităţi de învăţare, studentul va fi capabil să: ● definească noţiunea de lanţ cinematic de tăiere; ● explice criteriile de clasificare ale acestora; ● reprezinte structura şi elementele cinematice folosind semnele convenţionale

corespunzătoare; ● calculeze rapoartele de transfer şi transformare.

Durata medie de parcurgere a acestei unităţi de învăţare este de 2 ore.

IV.1.3. Lanţuri cinematice generatoare de tăiere

Aşa după cum s-a mai precizat, la baza procesului de generare a suprafeţelor pieselor

din lemn stau cele două mişcări de generare: mişcarea de tăiere şi mişcarea de avans. Realizarea acestor mişcări, cantitativ şi calitativ, se face cu ajutorul lanţului cinematic de tăiere şi respectiv lanţul cinematic de avans.

Dacă aspectele generale privind structura şi calculul lanţurilor cinematice au fost prezentate în subcapitolele anterioare, este necesar să se prezinte, în detaliu, pentru cunoaşterea lor în amănunt, aspecte legate de clasificarea, structura cinematică şi dinamica lanţurilor cinematice de tăiere şi de avans.

Clasificarea lanţurilor cinematice de tăiere se poate face după următoarele criterii:

54

• după natura mişcării organului final sau a verigii de execuţie; • după structura lor; • după natura sursei de mişcare. După natura mişcării verigii de execuţie, lanţurile cinematice de tăiere pot fi:

lanţuri cinematice de tăiere pentru mişcare de rotaţie; lanţuri cinematice de tăiere pentru mişcare rectilinie continuă; lanţuri cinematice de tăiere pentru mişcare rectilinie alternativă.

După structura lor, lanţurile cinematice de tăiere pot fi: lanţuri cinematice cu sursă proprie de mişcare; lanţuri cinematice dependente.

După natura sursei de mişcare, lanţurile cinematice de tăiere pot fi: lanţuri cinematice de tăiere cu acţionare electrică; lanţuri cinematice de tăiere cu acţionare hidraulică; lanţuri cinematice de tăiere cu acţionare pneumatică.

Sintetic, clasificarea lanţurilor cinematice de tăiere este reprezentată în figura 3.7. Din analiza figurii 3.7. se poate evidenţia faptul că principalul criteriu de clasificare al

lanţurilor cinematice generatoare de tăiere îl reprezintă natura mişcării verigii de execuţie, restul criteriilor se regăsesc, sub o formă sau alta, în clasificarea lor după acest criteriu.

Fig. 3.7. Clasificarea lanţurilor cinematice de tăiere.

IV.1.3.1. Lanţuri cinematice generatoare de tăiere pentru mişcarea de rotaţie

Avându-se în vedere faptul că mişcarea de rotaţie (mişcarea circulară) este mişcarea

generatoare cel mai des utilizată, fiind simplu şi economic de realizat, majoritatea lanţurilor cinematice generatoare de tăiere la maşinile-unelte pentru prelucrarea lemnului sunt realizate în scopul obţinerii, la veriga de execuţie sau organul final al lanţului cinematic, a mişcării de rotaţie.

Funcţie de structura lor, aceste tipuri de lanţuri cinematice generatoare de tăiere pot fi: fără transmisie intermediară; cu transmisie intermediară cu raport de transfer constant (iT = ct); cu transmisie intermediară cu raport de transfer variabil (iT ≠ ct).

55

A. LANŢURI CINEMATICE GENERATOARE DE TĂIERE, PENTRU MIŞCAREA DE ROTAŢIE, FĂRĂ TRANSMISIE INTERMEDIARĂ.

Cele mai simple structuri de lanţuri cinematice de tăiere pentru mişcarea de rotaţie sunt acelea la care scula tăietoare este montată direct pe axul motorului electric de acţionare (figura 3.8).

Astfel, structural, un asemenea lanţ cinematic (fig.3.8.a) este constituit numai din sursa de mişcare, M şi veriga de execuţie VE, situaţie în care mărimea de ieşire, ne este egală cu mărimea de intrare, ni în lanţul cinematic, (ne = ni) atât ca mărime, cât şi ca sens. Această soluţie constructivă la care scula tăietoare 1 este montată direct pe axul motorului 2 (ca sursă de mişcare) se întâlneşte la majoritatea grupelor de maşini-unelte pentru prelucrarea lemnului, cum ar fi: ferăstraie circulare (fig.3.8.b), capete de frezat de la maşinile de cepuit sau la maşinile de frezat pe mai multe feţe (fig.3.8.c), la maşinile de burghiat cu ax orizontal (fig.3.8.d) sau vertical, la maşinile de frezat cu ax superior (fig.3.8.f) precum şi la maşinile de şlefuit cu cilindru vertical (fig.3.8.e).

Fig. 3.8. Lanţuri cinematice generatoare de tăiere pentru mişcarea de tăiere

pentru mişcarea de rotaţie, fără transmisii intermediare

Principalul dezavantaj al acestor tipuri de lanţuri cinematice îl constituie faptul că legătura rigidă, directă, dintre sculă şi sursa de mişcare (motorul electric) face ca la o suprasarcină accidentală ce poate apărea în procesul de lucru, motorul electric să se deterioreze (arderea bobinajelor prin supraîncălzire). De asemenea, din punct de vedere cinematic, turaţia motorului fiind constantă (cel mult reglabilă în 2 sau 3 trepte de turaţie), mărimea de ieşire va fi şi ea constantă şi egală cu mărimea de intrare (ne = ni). Acest dezavantaj poate fi uşor eliminat în cazul acţionărilor moderne, care folosesc convertizoare statice de frecvenţe putându-se obţine, la motoarele de curent alternativ, turaţii mult mai mari decât turaţia nominală (ni = 3000 rot/min) precum şi variaţia în limite largi a turaţiei. Aceste tipuri de acţionări se întălnesc cu precădere la maşinile-unelte cu comandă numerică, la maşinile-unelte agregate şi, mai nou, la centrele de prelucrare cu comandă numerică.

Utilizarea structurilor simple de lanţuri cinematice generatoare de tăiere pentru mişcarea de rotaţie este determinată şi de avantajul că, din punct de vedere dinamic, randamentul lanţului cinematic este maxim, pierderile de putere în afara ciclului de lucru (putere la mers în gol) fiind minime.

56

La maşinile-unelte actuale, însă, pentru micşorarea mărimii de ieşire, ne din lanţul cinematic (turaţia sculei, ns), se folosesc o serie de transmisii intermediare, cu raport constant sau reglabil de transmitere a mişcării.

B. LANŢURI CINEMATICE GENERATOARE DE TĂIERE, PENTRU

MIŞCAREA DE ROTAŢIE, CU RAPORT CONSTANT DE TRANSFER A MIŞCĂRII

În vederea realizării vitezelor de tăiere optime, impuse de regimurile de lucru, pentru o serie de maşini-unelte pentru prelucrarea lemnului, mărimea de ieşire din lanţul cinematic de tăiere, (ne), respectiv turaţia sculei (ns), este mai mare dcât mărimea de intrare în lanţul cinematic, ni, (turaţia motorului de antrenare, nm), a lanţului cinematic respectiv (ne > ni sau ns > nm).

Cum sursele de mişcare ale lanţurilor cinematice de tăiere sunt, în principal motoarele electrice asincrone, cu turaţii nominale ni = nm = 3000 rot/min, pentru obţinerea la veriga de execuţie a altor valori ale mărimii de ieşire (ne ≠ ni), este necesar ca între sursa de mişcare şi veriga de execuţie să se găsească o transmisie intermediară. Aceasta poate fi multiplicatoare de turaţie (iT > 1) sau demultiplicatoare de turaţie (iT < 1), dar cu raport constant de transfer (iT = ct). Principalele tipuri de transmisii intermediare utilizate (fig.3.9) sunt: transmisiile prin curele şi transmisiile prin roţi dinţate.

Astfel, transmisia prin curea lată, 2 (fig.3.9.a) asigură multiplicarea turaţiei sculei, 1, faţă de turaţia motorului electric, 3, prin raportul de transfer:

)(,1 212

1 DDDDiT >>=

Transmisiile prin curele late se întâlnesc în cazul lanţurilor cinematice de tăiere pentru mişcarea de rotaţie cu valori relativ mari ale turaţiei sculei (ns = 3000…10000 rot/min). Asemenea tipuri de transmisii se întâlnesc în structura lanţurilor cinematice de tăiere ale maşinilor de îndreptat (fig.3.9.a), rindeluit la grosime, rindeluit pe mai multe feţe, la unele ferăstraie circulare etc.

Utilizarea transmisiilor prin curele late în structura lanţurilor cinematice de tăiere la maşinile-unelte pentru prelucrarea lemnului prezintă o serie de avantaje ca:

• posibilitatea transmiterii mişcării de rotaţie şi a puterii necesare acţionării lanţurilor cinematice la distanţe mari (2,5…10 m, în cazul gaterelor);

• funcţionare silenţioasă, fără zgomote, asigurând amortizarea şocurilor şi vibraţiilor;

• asigură protecţia motoarelor electrice la suprasarcină; • funcţionează la viteze mari (v ≤ 60 m/s), respectiv la turaţii mari (n ≤ 10000

rot/min). Domeniul de utilizare al transmisiilor prin curele late în structura lanţurilor cinematice

de tăiere, este limitat de:

puterea transmisă mai mică de 2000 KW; viteza periferică maximă v = 60 m/s;

rapoartele de transmitere: 3i31

T ≤≤ ;

randamente ale transmisiei : η = 0,93…0,97.

57

Transmiterea prin curele trapezoidale, 2, (fig.3.9.b) asigură demultiplicarea turaţiei necesare la scula 1, de la motorul electric 3, prin raportul de transfer:

)(,1 212

1 DDDDiT <<= .

Transmisiile prin curele trapezoidale se întâlnesc, deci, în structura lanţurilor cinematice de tăiere demultiplicatoare de turaţii şi care impun transmiterea de momente de torsiune mari, cum ar fi: la maşinile de şlefuit cu cilindri orizontali, superiori sau inferiori; la maşinile de şlefuit cu bandă lată, cu contact de jos sau de sus; la anumite tipuri de ferăstraie circulare (pendulă cu acţionare hidraulică, pentru operaţii de retezare) etc.

Fig. 3.9. Lanţuri cinematice generatoare de tăiere pentru mişcarea de

rotaţie, cu transmisii intermediare cu raport constant Specific transmisiilor prin curele trapezoidale este faptul că feţele utile de lucru ale

curelei sunt flancurile laterale ale secţiunii curelei ceea ce asigură o portanţă mai mare, deci transmiterea unui moment de torsiune mai mare, dar o încărcare pe lagărele arborilor mai mică (faţă de transmisia prin curea lată).

Domeniul de utilizare al transmisiilor prin curele trapezoidale în structura lanţurilor cinematice generatoare de tăiere este limitat de:

puterea maximă transmisă mai mică de 1200 KW; viteze periferice mai mici de 40 m/s;

rapoarte de transfer cuprinse între: 3i31

T ≤≤ ;

randamentul transmisiei: η = 0,92...0,96.

58

Transmisia prin curea dinţată, 2, (fig.3.9.c), asigură transmiterea şi multiplicarea turaţiei

motorului electric 3, la scula 1, prin raportul de multiplicare )D(D1,DDi 21

2

1T >>= . Acest

tip de transmisie este o variantă îmbunătăţită a transmisiei prin curea lată, obişnuită. Cureaua lată dinţată are imprimată, pe una sau pe ambele feţe, o dantură prismatică, asigurând transmiterea mişcării cu viteze mai mari (v ≥ 60 m/s) deci turaţii ale sculelor ns = 10000...12000 rot/min şi rapoarte de transfer mai mari (iT = 3...10). De asemenea, randamentul transmisiei este mai bun, η = 0,95...0,99. Acest tip de transmisie (prin curea lată dinţată) se întâlneşte în structura cinematică a maşinilor-unelte moderne, cum ar fi cele din categoria ferăstraielor circulare de debitat panouri cu comandă numerică, maşini de frezat de sus etc.

Transmiterea mişcării cu raport constant de transfer, prin roţi dinţate cilindrice, 2 (fig.3.9.d), de la motorul electric 3 la mandrinele de fixare a burghielor, 1, se face prin intermediul cuplajului rigid, K. Utilizarea angrenajelor cu roţi dinţate cilindrice (sau conice, uneori) este limitată la maşinile-unelte pentru prelucrarea lemnului, putând fi întâlnită, totuşi, în situaţia în care se impune transmiterea mişcării între două axe (doi arbori) apropiate. Asemenea situaţii se întâlnesc în structura lanţurilor cinematice de tăiere, pentru mişcarea de rotaţie, la maşinile de găurit multiplu, la agregate de găurit multiplu şi, mai nou, la centre de prelucrare cu comandă numerică.

Extinderea utilizării transmisiilor prin roţi dinţate (în general) în structura lanţurilor cinematice de tăiere este determinată de o serie de avantaje pe care aceste transmisii le prezintă, cum ar fi:

• asigurarea unui raport de transmitere constant; • durabilitate şi siguranţa în funcţionare; • dimensiuni de gabarit reduse; • randamente ale transmisiei ridicate (până la η = 0,995 !); • posibilitatea transmiterii mişcării între axe apropiate (ex: 32 mm la maşini de găurit multiplu). Domeniul de utilizare al transmisiilor prin roţi dinţate în structura lanţurilor cinematice

generatoare de tăiere pentru mişcarea de rotaţie este limitat de: necesitatea unei precizii de execuţie şi montaj; funcţionare zgomotoasă la turaţii ridicate;

raport de transfer limitat, cuprins între: 2i41

T ≤≤ ;

puteri transmise mici (Pm ≤ 30 KW). Structurile de lanţuri cinematice de tăiere cu rapoarte de transfer constante sunt cele mai

des întâlnite în structura lanţurilor cinematice de tăiere pentru mişcarea de rotaţie, iar schema structurală a unui astfel de lanţ cinematic este prezentată în figura 3.9.e.

Sunt însă situaţii în care veriga de execuţie trebuie să asigure – din punct de vedere tehnologic - o mărime de ieşire variabilă. Pentru aceasta, structura lanţului cinematic de tăiere trebuie să asigure un raport de transfer reglabil.

C. LANŢURI CINEMATICE GENERATOARE DE TĂIERE PENTRU

MIŞCAREA DE ROTAŢIE, CU RAPORT REGLABIL DE TRANSFER

Realizarea rapoartelor de transfer reglabile, cu ajutorul mecanismelor mecanice, s-a făcut în scopul fie al reglării în trepte a turaţiilor, fie al reglării continue a turaţiilor, între limitele impuse, ne min...ne max. De asemenea, sunt situaţii în care domeniul de reglare al

59

mărimii de ieşire s-a obţinut printr-o combinaţie de mecanisme mecanice cu reglare în trepte şi mecanisme mecanice cu reglare continuă (fig.3.10).

Fig. 3.10. Lanţuri cinematice generatoare de tăiere, pentru

mişcarea de rotaţie, cu raport de transfer reglabil

Structura lanţului cinematic, generator de tăiere prezentată în figura 3.10.a, asigură obţinerea a patru trepte de reglare a turaţiei sculei datorită combinaţiei între sursa de mişcare reglabilă în două trepte (motor electric cu două turaţii) şi a transmisiei intermediare prin curea lată, tot în două trepte de reglare.

Realizarea practică a acestei structuri este prezentată în figura 3.10.b, iar cele patru trepte de turaţii vor fi:

⎪⎪⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪⎪⎪

⎨

⎧

⋅=⋅=

⋅=⋅=

⋅=⋅=

⋅=⋅=

4

32224

2

12123

4

31212

2

11111

DD

ninn

DD

ninn

DD

ninn

DDninn

iTie

iTie

iTie

iTie

(3.39.)

60

O astfel de structură se întâlneşte la maşinile de frezat cu ax vertical inferior (maşini

normale de frezat) precum şi la unele maşini de găurit, cu precizarea că numărul treptelor de reglare al transmisiei mecanice poate fi: 2, 3 sau 4 trepte, iar sursa de mişcare, respectiv motorul electric poate fi cu o turaţie sau două turaţii.

Structura lanţului cinematic generator de tăiere prezentată în figura 3.10.c, asigură realizarea intervalului de reglare a mărimii de ieşire, ne min…ne max, respectiv raportul de reglare a mărimii de ieşire, Rne, cu ajutorul unor combinaţii de transmisii mecanice, cu reglare continuă şi în trepte. Astfel, în figura 3.10.d, obţinerea intervalului de reglare a mărimii de ieşire, ne min ...ne max, se realizează printr-o combinaţie de mecanism mecanic cu reglare continuă a turaţiei, 4, (variatorul tip duo) şi transmisia prin curea lată, 2, cu raport constant de transmitere a mişcării de la motorul electric 3, la axul port-sculă, 1. În acest caz, turaţiile axului port-sculă vor fi:

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

=⋅⋅=⋅=

=⋅⋅=⋅=

max4

3

min2

max1maxmin

min4

3

max2

min1minmin

smTie

smTie

nDD

DD

ninn

nDD

DD

ninn

(3.40.)

Reglarea continuă a turaţiei sculei cu ajutorul unor variatoare mecanice continue

prezintă avantajul asigurării oricăror trepte de turaţii în intervalul impus (între ne min…ne

max). O astfel de soluţie constructivă se întâlneşte în structura lanţurilor cinematice de tăiere

la unele maşini de frezat cu ax vertical inferior (maşini normale de frezat). Aceeaşi structură de lanţ cinematic (fig.3.10.c) poate fi obţinută practic prin combinarea

unor mecanisme mecanice reglabile continuu – variatorul mono, 4 - cu transmisii mecanice reglabile în trepte, transmisia prin curea trapezoidală, 2, cu reglare în trei trepte de turaţie (fig.3.10.e). În acest caz - întâlnit la anumite strunguri longitudinale pentru lemn - transmiterea mişcării de la motorul electric, 3, la chernerul de fixare a piesei, 1, este realizată printr-o combinaţie de mecanisme cu reglare continuă cu mecanisme cu reglare în trepte ceea ce conduce la mărirea domeniului de variaţie a mărimii de ieşire, deci amplificarea raportului de reglare a mărimii de ieşire.

Ecuaţiile de transfer ale acestei structuri de lanţ cinematic, vor fi:

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

=⋅⋅=⋅=

=⋅⋅=⋅=

maxs4

3

2

max1mmaxTimaxe

mins8

7

2

min1mminTimine

nDD

DDninn

nDD

DDninn

(3.41.)

Se impune precizarea că, în cazul lanţurilor cinematice generatoare de tăiere cu rapoarte

de transfer reglabile, la anumite tipuri de maşini-unelte pentru prelucrarea lemnului se pot întâlni şi alte structuri, respectiv transmisii mecanice de tip cutii de viteze; combinaţii de cutii de viteze cu mecanisme cu roţi de schimb etc. O astfel de structură (combinaţie între o cutie de viteze cu roţi dinţate şi un mecanism cu roţi de schimb) se întâlneşte la multe tipuri de deruloare, dispozitive de avans mecanice etc.

61

IV.1.3.2. Lanţuri cinematice generatoare de tăiere pentru mişcarea rectilinie continuă

Aşa după cum s-a evidenţiat în subcapitolul 2.3, mişcarea de tăiere se poate realiza, ca

formă de mişcare, atât ca mişcare de rotaţie cât şi ca mişcare rectilinie, continuă sau alternativă.

Mişcarea rectilinie continuă se obţine tot din mişcarea de rotaţie, prin intermediul unor mecanisme relativ simple, care transformă mişcarea de rotaţie în mişcare rectilinie continuă.

Variaţia mişcării rectilinii continue, ca mărime, deci obţinerea unui anumit raport de reglare al mărimii de ieşire, Rne, se face prin reglarea mişcării de rotaţie în intervalul necesar.

Utilizarea mişcării rectilinii-continue ca mişcare de tăiere se întâlneşte la toate tipurile de ferăstraie panglică (de tâmplărie, de spintecat şi de debitat buşteni) şi la maşinile de şlefuit cu bandă lată sau îngustă, verticală sau orizontală (fig.3.11).

Astfel, în figura 3.11.a, este prezentată structura unui lanţ cinematic de tăiere pentru mişcare rectilinie-continuă care conţine mecanismul de transformare - MRC - a mişcării de rotaţie a motorului electric, ni, în mişcare rectilinie continuă, caracterizată prin viteza v, ca mărime de ieşire (ne = v). Realizarea practică a unei astfel de structuri de lanţ cinematic este prezentată în figura 3.11.b, structură întâlnită la unele ferăstraie panglică de tâmplărie.

Fig. 3.11. Lanţuri cinematice de tăiere pentru mişcarea rectilinie

continuă

62

Din figura 3.11. b, se observă că pânza panglică 1, se înfăşoară pe cei doi volanţi: volantul motor (inferior), 2 şi volantul superior, 3, cu rol de întindere şi centrare a pânzei panglică. Acţionarea volantului inferior (volantul motor) se face direct de la motorul electric 4, fără alte transmisii intermediare. În acest caz, nv = nm = ni, iar viteza de tăiere:

mvvv nDnDv ⋅⋅=⋅⋅= ππ [m/s] (3.42.) unde: Dv este diametrul volantului, în m, iar nm este turaţia motorului electric, în rot/s.

Pentru realizarea procesului de ferăstruire cu pânză panglică, piesa de lemn de prelucrat, 5, se deplasează pe masa maşinii 6, după direcţia mişcării de avans, u.

Raportul de transformare a mişcării de rotaţie în mişcare rectilinie continuă este:

vm

mv

mi

et D

nnD

nv

nni ⋅=

⋅⋅=== ππ

(3.43.)

deci este un raport dimensional. Raportul de transfer al lanţului cinematic este iT = 1, deoarece turaţia volantului, nv, este

egală cu turaţia motorului electric, nm (nv = nm). Aceeaşi structură cinematică a lanţului cinematic de tăiere pentru mişcarea rectilinie

continuă este prezentată în figura 3.11.c, structură întâlnită la maşinile de şlefuit cu bandă orizontală îngustă. În acest caz, banda de şlefuit 1, se înfăşoară pe cele două role: rola motoare, 2 şi rola de întindere, 3, ca o bandă fără sfârşit. Acţionarea rolei motoare, 2, se face direct de la motorul electric, 4. Piesa din lemn 5, fixată pe masa maşinii 6, se deplasează odată cu masa pe ghidajele 8, după direcţia mişcării de avans, u. Realizarea contactului dintre banda abrazivă 1, şi piesa de şlefuit 5, se face cu ajutorul, tamponului de presare 7, care asigură forţa necesară de contact, F.

În anumite cazuri, structura lanţului cinematic de tăiere pentru mişcarea rectilinie-continuă cuprinde şi transmisii intermediare, Tr, de regulă cu raport constant de transfer (fig.3.11.d). Astfel de structuri se întâlnesc în cazul maşinilor de şlefuit cu bandă lată cu contact de jos sau de sus (fig.3.11.e) şi la ferăstraiele panglică de debitat buşteni sau de spintecat (fig.3.11.f).

În cazul maşinilor de şlefuit cu bandă lată cu contact de sus (fig.3.11.e) banda lată, 1, se înfăşoară ca o bandă fără sfârşit pe rola motoare, 2, şi pe cele două role de întindere, 3 şi 3', (în anumite cazuri poate fi o singură rolă de întindere a benzii care însă asigură şi contactul dintre banda abrazivă şi piesa de prelucrat). Acţionarea rolei motoare, 2 se face de la motorul electric 4, prin intermediul transmisiei prin curea trapezoidală 8 cu raport de transfer

ctDDiT ==

2

1 . Piesa din lemn de şlefuit 5 se deplasează după direcţia mişcării de avans, u, pe

masa maşinii 6, prin intermediul transportorului cu bandă 10. Asigurarea forţei de presare dintre banda abrazivă şi piesa de şlefuit se face prin intermediul tamponului de presare 7, care asigură forţa de presare necesară, F, precum şi prin intermediul arcurilor 9 şi 9', care asigură un contact elastic între piesa de şlefuit 5 şi banda abrazivă 1.

În acest caz, marimea de ieşire, ne este egală cu viteza de tăiere şi se calculează cu relaţia:

RRe nDvn ⋅⋅== π [m/s] (3.44.) unde: DR este diametrul rolei de antrenare a benzii late, în m, iar nR este turaţia rolei de antrenare a benzii, în rot/s.

Din ecuaţia de transfer a lanţului cinematic:

63

2

1mTiR D

Dninn ⋅=⋅= (3.45.)

se obţine expresia turaţiei rolei şi deci relaţia (3.44.) devine:

2

1mRe D

DnDvn ⋅⋅⋅== π (3.46.)

În expresia 3.46 se regăsesc atât rapoartele de transfer ale mişcării de tăiere: 2

1

DDiT = ,

cât şi raportul de transformare al mişcării de rotaţie în mişcare rectilinie continuă,

Rt Di ⋅= π Deci, relaţia (3.46) se poate scrie:

mTte niivn ⋅⋅== (3.47.) şi reprezintă ecuaţia generală a lanţului cinematic de tăiere pentru mişcarea recitlinie-continuă.

O structură de lanţ cinematic asemănătoare este întâlnită şi în cazul ferăstraielor panglică de debitat buşteni sau de spintecat (fig.3.11.f). Pânza panglică de spintecat, 1, se înfăşoară ca o pânză fără sfârşit pe volantul inferior, 2 (volantul motor) şi volantul superior, 3. Acţionarea volantului motor 2 se face de la motorul electric 4 prin intermediul transmisiei prin curea trapezoidală 8. Pentru realizarea procesului de spintecare cu pânză panglică piesa de prelucrat 5 se deplasează pe masa maşinii 6, după direcţia mişcării de avans, u, cu ajutorul valţurilor de avans 7 - 7'.

Relaţiile de calcul ale mărimilor cinematice şi ecuaţia generală a lanţului cinematic sunt identice cu cazul precedent (fig.3.11.e), deoarece structura cinematică este aceeaşi (fig.3.11.d).

IV.1.3.3. Lanţuri cinematice generatoare de tăiere pentru mişcarea rectilinie-alternativă

Mişcarea rectilinie-alternativă ca formă a mişcărilor de generare de tăiere este mai puţin întâlnită datorită atât dificultăţilor tehnice de obţinere a ei cât, mai ales, a particularitaţilor cinematice ale acestei mişcări. Astfel, mişcarea rectilinie-alternativă se obţine tot din mişcarea de rotaţie cu ajutorul unor mecanisme mecanice care asigură transformarea mişcării de rotaţie în mişcare rectilinie-alternativă. Structura unui astfel de lanţ cinematic este prezentată în figura 3.12.a, iar realizarea practică a unei astfel de structuri este prezentată în figura 3.12.b.

Variaţia, ca mărime (reglarea), a mişcării rectilinii-alternative, deci obţinerea unui anumit raport de reglare al mărimii de ieşire, Rne, se face numai prin reglarea (varierea) mişcării de rotaţie în intervalul necesar.

Obţinerea mişcării rectilinii-alternative se poate face şi cu ajutorul unor structuri de lanţuri cinematice cu acţionări hidraulice, situaţie întâlnită la unele maşini de tăiat plan furnire, la care capul de lucru este acţionat de un motor hidraulic liniar, de tip cilindru-piston. Cele mai uzuale, însă, sunt lanţurile cinematice care au în structura lor mecanisme mecanice de transformare a mişcării de rotaţie în mişcare rectilinie-alternativă. Aceste soluţii (fig.3.12.a) se întâlnesc în cazul gaterelor (verticale şi orizontale), al unor tipuri de maşini de tăiat plan furnire etc.

Astfel, din structura lanţului cinematic de tăiere pentru mişcare rectilinie-alternativă, prezentată în figura 3.12.a, se observă că mecanismul care asigură transformarea mişcării de rotaţie în mişcare rectilinie-alternativă, este MT (sau MRA).

64

Fig. 3.12. Lanţuri cinematice generatoare de tăiere pentru

mişcarea rectilinie alternativă Mişcarea rectilinie-alternativă este caracterizată prin viteza medie, vm. Practic,

mecanismele mecanice de transformare a mişcării de rotaţie în mişcare rectilinie-alternativă, cele mai utilizate, sunt mecanismele de tip bielă-manivelă (fig.3.12.b). Un astfel de mecanism este întâlnit în cazul gaterelor verticale (fig.3.12.b) cu precizarea că pot fi întâlnite şi structuri cu două biele.

Realizarea mişcării rectilinii-alternative, vm, de către rama cu pânze, 1, a gaterului vertical, faţă de ghidajele 2, se face prin acţionarea acesteia cu ajutorul mecanismului bielă-manivelă, 3 (manivela de rază r). Acţionarea axului manivelei pe care sunt montaţi volanţii 6, se face cu ajutorul unei transmisii prin curea lată 4, de la motorul electric 5. Buşteanul 7 este deplasat după direcţia mişcării de avans, u, cu ajutorul valţurilor de avans superioare 8 şi inferioare 9. Raportul de transformare a mişcării de rotaţie în mişcare rectilinie-alternativă, itr.a, va fi:

30H

n30nH

n60nH2

nv

nni

cd

cd

b

b

cd

m

i

eatr =

⋅⋅

=⋅⋅

===⋅ (3.48.)

unde: nb este turaţia butonului de manivelă şi este egală cu numărul de curse duble ale bielei, ncd; r este raza butonului de manivelă iar H este cursa ramei cu pânze, respectiv H = 2r.

Deci, raportul de transformare a mişcării de rotaţie în mişcare rectilinie-alternativă este dimensional (H - cursa ramei, în m; vm - viteza medie a ramei cu pânze, în m/s iar ncd este numărul de curse duble ale bielei, în rot/min).

Raportul de transfer a mişcării de la sursa de mişcare, ni (motorul electric 5) la volanţii

6, prin intermediul transmisiei prin curea lată 4, va fi: 2

1

DD

iT = , iar ecuaţia de transfer,

2

1

DDninn mTmcd ⋅=⋅= .

În acest caz, viteza medie a ramei cu pânze va fi: ]s/m[iininv atrTmatrcdm ⋅⋅ ⋅⋅=⋅= (3.49.)

sau:

65

]s/m[30H

DDnv

2

1mm ⋅⋅= (3.49’.)

şi reprezintă ecuaţia generală a lanţului cinematic de tăiere pentru mişcarea rectilinie-alternativă.

Datorită cinematicii mecanismului bielă-manivelă şi mai ales datorită forţelor de inerţie mari care apar, utilizarea acestor tipuri de structuri de lanţuri cinematice este posibilă numai pentru realizarea unor regimuri de lucru la care viteza este mică (vm < 10 m/s) iar numărul de curse duble ncd < 350 cd/min.

IV.1.4. Test de evaluare a cunoştinţelor 1. Lanţ cinematic generator de tăiere pentru mişcarea rectilinie continuă. Exemplificaţi.

66

Unitatea de învăţare V.1. Lanţuri cinematice generatoare de avans

şi auxiliare.

Cuprins

V.1.1. Introducere ......................................................................................................... 66 V.1.2. Competenţe ........................................................................................................ 66 V.1.3. Lanţuri cinematice generatoare de avans ........................................................... 67

V.1.3.1. Noţiuni generale privind avansul şi viteza de avans ............................... 67 V.1.3.2. Clasificarea lanţurilor cinematice de avans............................................. 71 V.1.3.3. Lanţuri cinematice generatoare de avans pentru mişcarea de rotaţie ...... 72 V.1.3.4. Lanţuri cinematice generatoare de avans pentru mişcarea rectilinie-continuă ................................................................................................................. 76 V.1.3.5. Lanţuri cinematice generatoare de avans pentru mişcarea rectilinie-alternativă .............................................................................................................. 78 V.1.3.6. Lanţuri cinematice generatoare de avans pentru mişcarea intermediară. 86

V.1.4. Lanţuri cinematice auxiliare .............................................................................. 88 V.1.4.1. Lanţuri cinematice auxiliare de fixare..................................................... 88 V.1.4.2. Lanţuri cinematice auxiliare de poziţionare ............................................ 90 V.1.4.3. Lanţuri cinematice auxiliare de reglare ................................................... 92

V.1.5. Test de evaluare ................................................................................................. 92

V.1.1. Introducere Această unitate de învăţare este destinată însuşirii de către studenţi a structurilor

şi tipurilor de lanţuri cinematice generatoare de avans şi a celor auxiliare.

V.1.2. Competenţe După parcurgerea acestei unităţi de învăţare, studentul va fi capabil să: ● definească noţiunea de lanţ cinematic de avans sau lanţ cinematic auxiliar; ● explice criteriile de clasificare ale acestora; ● reprezinte structura şi elementele cinematice folosind semnele convenţionale

corespunzătoare; ● calculeze ecuaţiile generale pentru fiecare tip de lanţ cinematic de avans.

Durata medie de parcurgere a acestei unităţi de învăţare este de 3 ore.

67

V.1.3. Lanţuri cinematice generatoare de avans

Realizarea unei operaţii de prelucrare mecanică a lemnului – oricare ar fi aceasta - pe maşinile-unelte presupune existenţa a două mişcări de bază sau de generare: mişcarea de tăiere şi mişcarea de avans.

Analiza acestor mişcări de generare şi a celor auxiliare a fost prezentată într-un capitol anterior, dar, pentru înţelegerea şi interpretarea corectă a noţiunilor legate de mişcarea de avans, viteza de avans şi lanţurile cinematice de avans sunt necesare câteva precizări teoretice suplimentare.

V.1.3.1. Noţiuni generale privind avansul şi viteza de avans

Viteza de avans - u - reprezintă viteza cu care se deplasează piesa de prelucrat faţă de scula tăietoare - sau invers - în unitatea de timp, pentru a se realiza prelucrarea întregii suprafeţe a piesei.

În literatura de specialitate se defineşte avansul unitar ca fiind spaţiul parcurs de scula tăietoare - sau de piesa de prelucrat faţă de sculă – raportat la o rotaţie completă a sculei, la o cursă dublă sau la rotaţia unui dinte al sculei (Botez 1977, Budău 1990, Dogaru 1981, Dogaru 1985). Prin urmare, noţiunea de avans unitar exprimă un element al tăierii elementare a lemnului, respectiv detaşarea unei porţiuni de pe suprafaţa prelucrată la o rotaţie completă a sculei sau la o cursă dublă a capului de lucru, sau detaşarea unei singure aşchii la o rotaţie completă a unui dinte tăietor al sculei.

Pentru întelegerea mai exactă a particularităţilor prelucrării lemnului faţă de prelucrarea metalelor, se va face o prezentare comparativă a noţiunilor referitoare la avansul unitar pentru cele două cazuri: prelucrarea mecanică a metalelor şi prelucrarea mecanică a lemnului. Astfel, la prelucrarea metalelor se folosesc următorii termeni referitor la avansul unitar: avansul de aşchiere, s, avansul pe adâncime de aşchiere, t şi avansul director, w (fig.3.13).

În figura 3.13 sunt prezentate trei metode de prelucrare mecanică a metalelor mai des întâlnite: strunjirea (fig.3.13.a), frezarea (fig.3.13.b) şi rabotarea (fig, 3.13.c). Pentru fiecare metodă în parte, s-au evidenţiat cele trei elemente ale avansului unitar.

Avansul de aşchiere - s - este realizat de-a lungul curbei generatoare şi egal ca mărime cu generatoarea elementară (fig.3.13.a).

Avansul pe adâncime de aşchiere - t - realizat pe o direcţie perpendiculară cu suprafaţa prelucrată, reprezintă lungimea cursei de pătrundere a sculei între două treceri succesive ale acesteia.

Avansul director - w - realizat după direcţia curbei directoare, reprezintă mărimea cursei sculei (sau a piesei faţă de sculă), raportat la un dinte al acesteia.

Fig. 3.13. Avansuri unitare la prelucrarea metalelor:

a – la strunjire; b – la frezare; c – la rabotare

68

În cazul prelucrării lemnului, datorită rezistenţelor mecanice scăzute ale acestuia,

prelucrarea unei suprafeţe se poate face, de regulă, la o singură trecere. Astfel, avansul de aşchiere, s poate fi echivalat cu termenul de lăţime a tăieturii - b

(fig.3.14). Din figura 3.14 se poate evidenţia faptul că lăţimea tăieturii – b - este chiar mărimea

generatoarei elementare şi, în cazul tăieturilor închise, cu pânze cu dinţi cu ceapraz turtit (fig.3.14.a) sau cu pânze cu dinţi cu ceapraz îndoit (fig.3.14.b), lăţimea tăieturii se poate calcula cu relaţia:

cgb p 2+= (3.50.) unde gp este grosimea pânzei, în mm, iar c este mărimea ceaprazului dinţilor, în mm.

În cazul tăierilor deschise: frezare dreaptă sau profilată, îndreptare, rindeluire etc., lăţimea tăieturii este egală cu lăţimea piesei de prelucrat (fig.3.15).

Pentru frezarea dreaptă, fig.3.15.a, lăţimea tăieturii este egală cu grosimea piesei de prelucrat (b = g), iar pentru frezarea profilată, fig.3.15.b, lăţimea tăieturii este egală cu perimetrul suprafeţei profilate, adică suma segmentelor profilului (arce de cerc sau segmente drepte):

gefdecdadb >+++= (3.51.) Se impune precizarea că, la prelucrarea mecanică a lemnului, lăţimea de prelucrat - b -

este mai mică sau cel mult egală cu lăţimea sculei, B (fig.3.15). La frezarea lemnului pe canturile piesei lăţimea de prelucrat este egală cu lăţimea piesei. De asemenea, lăţimea de tăiere - b - fiind legată de dimensiunile piesei (g sau l), este lesne de relevat faptul că acest element (lăţimea de tăiere) este un element tehnologic şi nu un element cinematic, realizat prin structura cinematică a maşinii-unelte. De aceea, ca o particularitate a maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului se poate evidenţia faptul că, în structura cinematică a acestora, nu se vor întâlni lanţuri cinematice pentru realizarea lăţimii de tăiere (similar cu lanţurile cinematice pentru realizarea avansului de aşchiere, s, la prelucrarea metalelor).

Fiind, deci, un parametru tehnologic al regimului de lucru, lăţimea de tăiere, b, se regăseşte şi este un parametru determinant în calculul parametrilor dinamici ai regimului de lucru, forţa de tăiere şi puterea de tăiere. Este, de asemenea, foarte importantă precizarea că, spre deosebire de prelucrarea metalelor, la prelucrarea mecanică a lemnului, nu este necesar un lanţ cinematic propriu pentru realizarea lăţimii de tăiere, cel mult fiind suficient un lanţ cinematic auxiliar de poziţionare a diferitelor subansamble ale maşinii pentru realizarea de lăţimi de tăiere diferite.

Fig. 3.14. Lăţimea tăieturii la ferăstruirea cu pânze a – cu pânze cu dinţi cu ceapraz turtit; b – cu dinţi cu ceapraz îndoit.

69

Fig. 3.15. Lăţimea tăieturii la frezare

Avansul pe adâncime de aşchiere – t - definit la prelucrarea metalelor ca fiind

distanţa între două poziţii succesive ale directoarei şi normal la suprafaţa prelucrată, reprezintă lungimea cursei de pătrundere între două treceri succesive ale sculei. La prelucrarea mecanică a lemnului, se poate echivala cu noţiunea de adâncime de aşchiere, h.

Fig. 3.16. Adâncimea de aşchiere la frezare (rindeluire la grosime)

Se impune precizarea că, în acest caz, spre deosebire de prelucrarea metalelor unde

prelucrarea unei suprafeţe se face prin mai multe treceri succesive, la prelucrarea mecanică a lemnului, o suprafaţa prelucrată se obţine, de regulă, la o singură trecere. Deci, realizarea adâncimii de tăiere totale nu necesită un lanţ cinematic de avans pe adâncimea de aşchiere (ca la prelucrarea metalelor), ci, în anumite situaţii, cel mult un lanţ cinematic de poziţionare a mesei (cu piesa), pentru o nouă prelucrare. Este cazul tipic al rindeluirii la grosime (fig.3.16), operaţie la care prelucrarea pe aceeaşi piesă din lemn a unui nou strat de aşchiere, pe o adâncime de aşchiere h2, se face numai după poziţionarea mesei maşinii faţă de arborele port-cuţite.

Este vorba, deci, de un lanţ cinematic auxiliar de poziţionare şi nu de un lanţ cinematic de avans pe adâncime de aşchiere.

Din punct de vedere tehnologic, realizarea prelucrării mecanice a pieselor din lemn prin două sau mai multe treceri (adâncimi de aşchiere diferite) se recomandă în următoarele situaţii:

♦ la strunjirea pieselor profilate, unde se efectuează mai întâi o prelucrare de degroşare, apoi una de finisare;

♦ la frezarea profilată a pieselor cu înălţimi mai mari de 10 mm; ♦ la rindeluirea la grosime a pieselor la care grosimea stratului lemnos detaşat este mai

mare de 3 mm. În toate cazurile, reluarea operaţiei de prelucrare se face numai după o reglare la

dimensiune a maşinii, deci cu ajutorul unor lanţuri cinematice auxiliare. Un caz specific al avansului pe adâncime de tăiere se întâlneşte la tăierea plană a

furnirelor estetice şi la derularea lemnului pentru obţinerea furnirelor tehnice (sau estetice). În ambele situaţii, adâncimea de tăiere este egală cu grosimea furnirului. Realizarea adâncimii de aşchiere, (h = g) se face pe cale cinematică, cu ajutorul lanţului

cinematic de avans cu mişcare intermitentă (în cazul tăierii plane) şi cu un lanţ cinematic de avans cu mişcare ciclică în cazul derulării. Ambele mişcări de avans sunt strict corelate cu mişcările de tăiere, respectiv cu numărul de curse duble pe minut la tăierea plană şi numărul

70

de rotaţii pe minut (a butucului derulat) la derulare. Legătura dintre lanţurile cinematice de tăiere şi de avans este - în aceste cazuri -o legătură rigidă, mecanică, lanţurile cinematice de avans fiind dependente de lanţurile cinematice de tăiere.

Avansul director - w - definit la prelucrarea metalelor ca fiind mărimea directoarei elementare, poate fi echivalat cu avansul pe dinte, uz, la prelucrarea lemnului.

Aşa cum se poate observa şi din figura 3.16, avansul pe dinte, uz, reprezintă spaţiul dintre două poziţii succesive ale unui dinte tăietor al sculei, la o rotaţie completă a acesteia. Este, deci, evidentă diferenţierea dintre avansul pe dinte, uz, ca mărime a spaţiului obţinut din poziţionarea sculei (dintelui tăietor) după fiecare ciclu de tăiere (rotaţie completă a sculei) şi viteza de avans, u, care reprezintă viteza cu care se efectuează mişcare de avans, deci viteza cu care piesa din lemn se poziţionează faţă de scula tăietoare pentru prelucrarea întregii suprafeţe a piesei din lemn.

Pentru a înţelege dependenţa între mărimea vitezei de avans şi avansul pe dinte, pornind de la expresia fizică a vitezei:

TSv = (3.52.)

unde: S este spaţiul, în m, iar T este timpul, în minute, se poate scrie expresia vitezei de avans,

u, ca fiind:

c

z

Tuu = (3.53.)

unde: uz este mărimea avansului pe dinte, în m, iar Tc este timpul în care se realizează prelucrarea, în minute.

Dacă se consideră că mişcarea de avans este continuă, atunci timpul consumat pentru realizarea unui ciclu cinematic (o rotaţie completă a unui dinte tăietor a sculei) este inversul frecvenţei numărului de cicluri pe minut (sau numărul de rotaţii a sculei, ns):

sc n

T 1= [min] (3.54.)

Dacă scula tăietoare are un număr zs de dinţi tăietori, atunci:

ssc zn

T⋅

=1

(3.55.)

În acest caz, viteza de avans, u, necesară parcurgerii spaţiului uz, va fi:

sszc

z znuTuu ⋅⋅== [m/min] (3.56.)

Dacă mărimea avansului pe dinte, uz, se exprimă în mm, atunci relaţia (3.56.) va fi:

1000ssz znu

u⋅⋅

= [m/min] (3.57.)

Prin urmare, viteza de avans, u, ca expresie a mărimii mişcării de avans, este determinată de mărimea avansului pe dinte, uz, turaţia sculei, ns (realizată de lanţul cinematic de tăiere) şi numărul de dinţi tăietori ai sculei, zs (parametru constructiv al sculei).

Rezultă deci, că analiza lanţurilor cinematice generatoare de avans nu se poate face decât în strânsă dependenţă de lanţurile cinematice generatoare de tăiere, pe baza studierii combinării celor două mişcări de bază în procesul de generare: mişcarea de tăiere şi mişcarea de avans.

71

V.1.3.2. Clasificarea lanţurilor cinematice generatoare de avans

Mişcarea de avans este complementară mişcării de tăiere, deci, realizarea oricărui procedeu de prelucrare mecanică a lemnului presupune şi existenta mişcării de avans, în procesul de generare. Lanţurile cinematice generatoare de avans, necesare asigurării mişcării de avans, sunt lanţuri cinematice complementare ale lanţurilor cinematice de tăiere. Prin urmare, clasificarea lor se va face după aceleaşi criterii ca şi lanţurile cinematice de tăiere. Se impune, totuşi, precizarea că, dacă mişcarea de tăiere a fost - ca formă - cea mai des utilizată o mişcare de rotaţie, mişcarea de avans, complementară, va fi – ca formă - o mişcare rectilinie continuă sau alternativă. De asemenea, în cazul mişcării de tăiere rectilinii continue, mişcarea de avans va fi tot o mişcare rectilinie continuă, iar în cazul mişcării de tăiere rectilinii-alternative, mişcarea de avans va fi o mişcare intermitentă.

Clasificarea lanţurilor cinematice de avans se poate face, deci, după următoarele criterii:

după forma mişcării organului final sau a verigii de execuţie; după structura lor; după natura sursei de mişcare.

După forma mişcării verigii de execuţie, lanţurile cinematice de avans pot fi:

lanţuri cinematice de avans pentru mişcare de rotaţie; lanţuri cinematice de avans pentru mişcare rectilinie continuă; lanţuri cinematice de avans pentru mişcare rectilinie-alternativă; lanţuri cinematice de avans pentru mişcare intermitentă.

După structura lor, lanţurile cinematice de avans pot fi:

lanţuri cinematice cu sursă proprie de mişcare; lanţuri cinematice dependente.

După natura sursei de mişcare, lanţurile cinematice de avans pot fi:

lanţuri cinematice de avans cu acţionare electrică; lanţuri cinematice de avans cu acţionare hidraulică; lanţuri cinematice de avans cu acţionare pneumatică; lanţuri cinematice de avans cu acţionare manuală.

După natura şi felul transmisiilor intermediare, lanţurile cinematice de avans pot fi:

lanţuri cinematice de avans cu transmisii intermediare cu raport de transfer constant (iT = ct);

lanţuri cinematice de avans cu transmisii intermediare cu raport de transfer reglabil (iT ≠ ct).

Sintetic, clasificarea lanţurilor cinematice de avans este prezentată în figura 3.17. Din analiza figurii 3.17 se observă că principalul criteriu de clasificare îl reprezintă

forma mişcării organului final al lanţului cinematic (sau verigă de execuţie), restul criteriilor se regăsesc sub o formă sau alta, în clasificarea lor după acest criteriu.

72

Fig. 3.17. Clasificarea lanţurilor cinematice de avans.

V.1.3.3. Lanţuri cinematice generatoare de avans pentru mişcarea de rotaţie

Mişcarea de avans este efectuată - de regulă - de către piesa de prelucrat din lemn, cu

ajutorul unor valţuri de avans sau role de avans. Acestea execută o mişcare de rotaţie şi reprezintă elementele finale ale lanţului cinematic de avans. Deci mişcarea piesei este o mişcare rectilinie continuă, totuşi s-au inclus aceste tipuri de lanţuri cinematice în categoria lanţurilor cinematice pentru mişcarea de rotaţie. Acest lucru a fost necesar - pe de o parte - pentru a diferenţia mişcările de rotaţie de cele rectilinii-continue realizate cu şenile sau benzi de transport, iar pe de altă parte, pentru a evidenţia forma mişcării elementului final (sau a verigii de executie) şi anume mişcarea de rotaţie (a rolei, a valţului de avans etc.).

În funcţie de tipul mecanismelor transmisiei intermediare, aceste tipuri de lanţuri cinematice pot fi:

lanţuri cinematice generatoare de avans pentru mişcarea de rotaţie cu transmisii intermediare cu raport de transfer reglabil în trepte;

73

lanţuri cinematice generatoare de avans pentru mişcarea de rotaţie cu transmisii intermediare cu raport de transfer reglabil continuu.

A. Lanţuri cinematice generatoare de avans pentru mişcarea de rotaţie cu raport

de transfer reglabil în trepte

Un lanţ cinematic generator de avans pentru mişcarea de rotaţie cu transmisii intermediare cu reglare în trepte a turaţiilor este prezentat în figura 3.18.

În figura 3.18.a, este prezentată structura unui astfel de lanţ cinematic, evidenţiindu-se faptul că atât sursa de mişcare cât şi transmisiile intermediare sunt reglabile în trepte, iar cele trei verigi de execuţie (VE1...VE3) vor asigura, la ieşirea din lanţul cinematic, cele opt trepte de turaţii, respectiv opt valori ale vitezei de avans. Acest tip de structură se poate întâlni la unele DAM-uri (dispozitive de avans mecanic), aşa cum este cazul celui prezentat în figura 3.18.b. În acest caz, motorul electric cu două turaţii, M, ca sursă de mişcare, transmite mişcarea mecanismului melc zM, roată melcată, zRM, care acţionează perechile de roţi dinţate z1 - z2 sau z3 - z4 în funcţie de poziţia cuplajului K. Roţile dinţate z2 şi z4 fiind libere pe ax, vor putea transmite mişcarea roţii de schimb zA, numai dacă cuplajul K este în pozitia K1 respectiv K2. Roţile de schimb zA - zB, pot transmite mişcarea roţilor dinţate z7 - z8 şi rolelor 1, fie în poziţia zA/zB, fie în poziţia zB/zA, realizând două rapoarte de transfer.

Fig. 3.18. Lanţ cinematic de avans pentru mişcarea de rotaţie cu reglare în trepte a vitezei de avans

74

Ecuaţiile de transfer sunt:

⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪

⎨

⎧

⋅⋅⋅⋅=

⋅⋅⋅⋅=

8

7

A

B

4

3

RM

M028e

8

7

B

A

2

1

RM

M011e

zz

zz

zz

zznn

..............................................zz

zz

zz

zznn

(3.58.)

Transmisia cu lanţ, 2 respectiv 2', asigură transmiterea mişcării la rolele de avans 1',

respectiv 1 ", dar cu iT = 1, adică:

1'z'z

zz

6

5

6

5 == (3.59.)

Utilizarea cutiilor de avansuri cu reglarea în trepte a vitezei de avans se întălneşte, sub diferite structuri, la gatere, la anumite ferăstraie panglică, la strunguri pentru lemn, la deruloare etc.

B. Lanţuri cinematice generatoare de avans pentru mişcarea de rotaţie cu raport

de transfer reglabil continuu Din punct de vedere cinematic, mai avantajoase sunt structurile de lanţuri cinematice

care conţin mecanisme cu reglare continuă a vitezei de avans sau mecanisme combinate, cu reglare continuă sau în trepte. Un astfel de lanţ cinematic generator de avans pentru mişcarea de rotaţie este prezentat în figura 3.19.

Structura acestui tip de lanţ cinematic de avans scoate în evidenţă faptul că acesta este un lanţ cinematic dependent, sursa de mişcare pentru acţionarea lanţului cinematic de avans fiind arborele principal al gaterului. În figura 3.19.b. este prezentată schema cinematică a lanţului de avans la gaterul vertical. Se observă că atât lanţul cinematic de tăiere cât şi cel de avans sunt acţionate de acelaşi motor, M, prin intermediul transmisiei prin curea lată 1. Arborele principal, AP, reprezintă, de fapt, sursa de mişcare pentru lanţul cinematic de avans mişcarea transmiţându-se cu transmisia prin curea lată, 2, în două trepte (D3/D4 respectiv D5/D6) la variatorul cu rolă şi roată plană (R - Rx). De la variator mişcarea este transmisă prin roţile conice z1/z2 şi reductorul z3/z4 la roţile dinţate z5/z6 pentru acţionarea valţurilor de avans inferioare 4, iar prin transmisia cu lanţ, 3, respectiv roţile de lanţ z7/z8 la valţurile de avans superioare, 6.

În cazul blocării buşteanului în rama cu pânze, pentru a asigura mişcarea în sens invers, roata plană a variatorului Rx, poate fi decuplată din contactul cu rola R şi cuplată direct cu roata de curea D6, cu ajutorul pârghiei 5, acţionată de la o pedală.

75

Fig. 3.19. Lanţ cinematic de avans pentru mişcarea de rotaţie, cu reglare

continuă a vitezei de avans Ecuaţiile generale de transfer, pentru valţurile inferioare, sunt:

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

⋅⋅⋅⋅⋅⋅=

⋅⋅⋅⋅⋅⋅=

6

5

4

3

2

1

minx4

3

2

1mmaxe

6

5

4

3

2

1

maxx6

5

2

1mmine

zz

zz

zz

RR

DD

DDnn

zz

zz

zz

RR

DD

DDnn (3.60.)

iar pentru valţurile superioare, ecuaţiile de transfer sunt:

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

⋅⋅⋅⋅⋅⋅=

⋅⋅⋅⋅⋅⋅=

8

7

4

3

2

1

minx4

3

2

1mmaxe

8

7

4

3

2

1

maxx6

5

2

1mmine

zz

zz

zz

RR

DD

DDnn

zz

zz

zz

RR

DD

DDnn

(3.61.)

Asemenea structuri de lanţuri cinematice de avans, pentru mişcare de rotaţie cu reglare continuă a vitezei de avans, se întâlnesc şi la alte tipuri de maşini-unelte pentru prelucrarea lemnului, în afara gaterelor verticale. Astfel, sub o formă sau alta, ele se pot întâlni la anumite maşini de rindeluit la grosime, la maşini de rindeluit sau profilat pe mai multe feţe, la maşini

76

de şlefuit cu bandă lată cu contact de jos, la maşini de şlefuit cu cilindri (la care mişcarea de avans este realizată cu ajutorul unor valţuri de avans) etc.

În cazul lanţurilor cinematice de avans care au ca verigă de execuţie role de avans cat şi în cazul celor cu verigă de execuţie sub formă de valţuri de avans, mărimea de ieşire din lanţul cinematic, ne, este o mişcare de rotaţie. Piesa de prelucrat din lemn, se va deplasa însă, faţă de sculă, cu o viteza de avans, u, egală cu viteza tangenţială a rolei sau valţului de avans:

min]/m[nDu rr ⋅⋅= π (3.62.) unde: Dr este diametrul rolei sau valţului de avans, în m; iar nr, este turaţia elementului final (rolă sau valţ de avans), respectiv mărimea de ieşire din lanţul cinematic, ne (ne= nr), în rot/min. În acest caz, raportul de trasnformare a mărimii de ieşire, va fi:

]m[Dn

nDnui r

r

rr

et ⋅=

⋅⋅== ππ (3.63.)

Transformarea mişcării de rotaţie a verigii de execuţie a lanţului cinematic în mişcare rectilinie-continuă a piesei este realizată chiar de veriga de execuţie (rolă de avans sau valţ de avans) cu raport de transformare, rt Di ⋅= π .

Ecuaţiile generale ale lanţului cinematic vor fi:

⎩⎨⎧

⋅⋅=

⋅⋅=

tTi

tTi

iinuiinu

maxmaxmax

minminmin (3.64.)

unde: umin…umax reprezintă intervalul de variaţie (reglare) a vitezei de avans; nmin…nmax reprezintă intervalul de reglare al mărimilor de intrare în lanţul cinematic;

rt Di ⋅= π reprezintă raportul de transformare a mărimii de ieşire din lanţul cinematic; iT

min…iT max reprezintă intervalul de reglare a raportului de transfer al transmisiilor intermediare ale lanţului cinematic de avans.

V.1.3.4. Lanţuri cinematice generatoare de avans pentru mişcarea rectilinie-continuă

Obţinerea mişcării rectilinii-continui se poate face cu ajutorul unor mecanisme specifice care transformă mişcarea de rotaţie în mişcare rectilinie-continuă. Din categoria mecanismelor care asigură transformarea mişcării de rotaţie în mişcare rectilinie-continuă, mai uzuale şi des întâlnite la maşinile-unelte pentru prelucrarea lemnului sunt mecanismele cu şenilă şi mecanismele cu bandă lată.

Lanţurile cinematice generatoare de avans pentru mişcarea rectilinie-continuă pot conţine transmisii intermediare cu reglare continuă sau în trepte a vitezei de avans. Din acest punct de vedere, se impune precizarea că, la maşinile-unelte moderne, reglarea în trepte este înlocuită cu reglarea continuă, iar mecanismele mecanice cu reglare continuă sunt înlocuite cu surse de mişcare (motoare electrice) cu reglare continuă, cu un interval de reglare mare. Totuşi, la unele maşini-unelte pentru prelucrarea lemnului se mai întâlnesc – încă - structuri de lanţuri cinematice de avans cu transmisii intermediare reglabile continuu. O astfel de structură de lanţ cinematic de avans, cu şenilă, este prezentată în figura 3.20.a.

În figura 3.20.a se evidenţiază faptul că transmisia intermediară (formată din unul sau mai multe mecanisme mecanice) asigură un raport de transfer reglabil continuu în intervalul: iT min…iT max. Mecanismul de transformare a mişcării de rotaţie în mişcare rectilinie-continuă, MRC, asigură un raport de transformare, rt Di ⋅= π , constant.

În figura 3.20.b, este prezentată schema cinematică a unui lanţ cinematic de avans, pentru mişcarea rectilinie continuă, cu şenilă, 2, ca mecanism de transformare a mişcării de rotaţie în mişcare rectilinie-continuă. Acţionarea şenilei se face printr-o transmisie cu lanţ, 1,

77

de la reductorul z1 – z2 şi variatorul de con şi inel de fricţiune, Rx - R. Sursa de mişcare o reprezintă motorul electric M, cu turaţia de ni = nm. Această structură de lanţ cinematic de avans se întâlneşte la anumite ferăstraie circulare de spintecat, la unele ferăstraie panglică de spintecat etc.

Fig. 3.20. Lanţ cinematic de avans pentru mişcare rectilinie-continuă cu şenilă

Ecuaţiile generale ale lanţului cinematic sunt:

⎩⎨⎧

⋅⋅=⋅⋅=

tTm

tTm

iinuiinu

maxmax

minmin (3.65.)

iar ecuaţiie de transfer sunt:

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

⋅⋅=

⋅⋅=

4

3

2

1maxmax

4

3

2

1minmin

zz

zz

RRi

zz

zz

RRi

xT

xT

(3.66.)

Raportul de transformare a mişcării de rotaţie în mişcare rectilie-continuă realizat de şenilă este:

rsst DR2i ⋅=⋅= ππ (3.67.) unde Rs este raza roţii de şenilă sau Drs = 2 Rs este diametrul roţii de şenilă, în m.

În anumite situaţii sunt necesare mişcări de avans fără şocuri sau vibraţii, cum ar fi cazul operaţiilor de şlefuire a pieselor din lemn. În aceste cazuri mecanismul de transformare a mişcării de rotaţie în mişcare rectilinie-continuă îl reprezintă o bandă transportoare flexibilă (din pânză cauciucată). Un astfel de lanţ cinematic este prezentat în figura 3.21.

Structura lanţului cinematic prezentată în figura 3.21.a, este asemănătoare cu cea din figura 3.20, dar transmisia intermediară reglabilă, variatorul DUO, 1, asigură un interval de reglare a mărimiii de ieşire mai mare decât variatorul MONO, cu con şi inel de fricţiune, din exemplul anterior.

În figura 3.21.b, se evidenţiază faptul că mecanismul de transformare a mişcării de rotaţie în mişcare rectilinie continuă este format dintr-un transportor cu bandă lată, 2, acţionată de rola conducătoare Dr. Raportul de transformare a mişcării de rotaţie în mişcare

rectilinie-continuă va fi: rt Di ⋅= π .

78

Transmiterea mişcării de la motorul M la transportorul cu bandă lată, 2, se face prin intermediul variatorului DUO, 1, şi a reductorului melcat zM - zRM.

Ecuaţiile generale ale lanţului cinematic sunt (3.65.) iar ecuaţiile de transfer vor fi:

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

⋅=⋅=

⋅=⋅=

−

−

RM

MRMMT

RM

MRMMT

zz

DDiii

zz

DDiii

min2

max1var.maxmax

max2

min1var.minmin (3.68.)

Structura unui lanţ cinematic de avans pentru mişcarea rectilinie-continuă prezentată în figura 3.21 este întâlnită la maşinile de şlefuit cu bandă lată cu contact de sus, la anumite maşini de şlefuit cu cilindri şi chiar la ultimele tipuri de maşini de şlefuit cu comandă numerică. La acestea, reglarea mărimii de ieşire se face, însă, prin reglarea corespunzătoare a mărimii de intrare, respectiv reglarea turaţiei motorului electric.

Fig. 3.21. Lanţ cinematic de avans pentru mişcarea rectilinie-continuă cu

bandă lată V.1.3.5. Lanţuri cinematice generatoare de avans pentru mişcarea rectilinie-

alternativă

Mişcarea rectilinie-alternativă este întâlnită - ca formă a mişcării de avans - la toate maşinile-unelte pentru prelucrarea lemnului la care operaţia de prelucrare se face pe poziţie (strunguri longitudinale, la toate maşinile de găurit vertical sau orizontal, monoax sau multiax etc.).

Mişcarea rectilinie-alternativă se poate obţine pe cale mecanică, deci utilizarea de structuri de lanţuri cinematice care conţin mecanisme mecanice pentru transformarea mişcării de rotaţie în mişcare rectilinie-alternativă, cu sau fără autoinversarea mişcării, dar mai ales pe cale hidraulică sau pneumatică.

Din categoria mecanismelor mecanice de transformare a mişcării de rotaţie în mişcare rectilinie, fără autoinversarea mişcării fac parte mecanismele pinion-cremalieră şi şurub-piuliţă.

Realizarea mişcării rectilinii-alternative se face prin utilizarea în structura lanţului cinematic respectiv a unui inversor de turaţie sau inversor de sens. Pentru mecanismele mecanice cu autoinversare a mişcării cum sunt: mecanismele bielă-manivelă; mecanismul cu culisă oscilantă sau mecanisme cu camă şi tachet, nu mai sunt necesare, în structura lanţurilor cinematice, mecanisme inversoare de turaţii. De asemenea, nici în situaţiile în care sursa de

79

mişcare este reversibilă, nu mai sunt necesare în structurile lanţurilor cinematice de avans mecanismele de inversare a mişcării.

Structura unui lanţ cinematic generator de avans, pentru mişcare rectilinie-alternativă, cu sursă de mişcare manuală (deci mărimea de intrare este o mişcare de rotaţie reversibilă), este prezentată în figura 3.22.a, iar varianta constructivă a unui asemenea lanţ cinematic, în figura 3.22.b şi c.

Structura unui lanţ cinematic de avans pentru mişcare rectilinie-alternativă prezentată în figura 3.22.a, are ca sursă de mişcare maneta (sau roata de mână), m, acţionată manual, în mişcare de rotaţie reversibilă, transmisia intermediară Tr, cu raport constant (care în anumite situaţii poate să lipsească, ca în figura 3.22.d), şi mecanismul de transformare a mişcării de rotaţie în mişcare rectilinie-alternativă, MRA. O astfel de structură de lanţ cinematic de avans se întâlneşte la unele strunguri longitudinale pentru lemn (fig.3.22.b şi c) la care atât mişcarea de avans longitudinal, ul, cât şi mişcarea de avans transversal, ut sunt realizate cu structuri de lanţ cinematic de avans similare cu cea din fig.3.22.a.

Fig. 3.22. Lanţ cinematic generator de avans pentru mişcare rectilinie-alternativă fără inversor, cu sursă de mişcare manuală

80

Astfel, pentru realizarea mişcării de avans longitudinal, ul, sania suportului port-cuţit, 1, se deplasează în plan longitudinal, pe ghidajele longitudinale ale maşinii, 2, prin intermediul mecanismului cremalieră, 3 şi pinion z1, (mecanism de transformare a mişcării de rotaţie în mişcare rectilinie-alternativă, fară autoinversare), angrenajul cu roţi dinţate z2 şi z3, acţionate manual, cu ajutorul roţii de mână 4, în mişcare de rotaţie reversibilă, I.

Mişcarea de avans transversal, ut, este realizată de un lanţ cinematic a cărui structură este prezentată în figura 3.22.d, evidenţiindu-se lipsa transmisiei intermediare, Tr. Varianta constructivă a unui astfel de lanţ cinematic este prezentată tot în figura 3.22.b şi c, unde se observă că suportul port-cuţit 5, se deplasează pe ghidajele transversale, 6, ale saniei 1, prin intermediul mecanismului şurub-piulită, 7 (deci tot un mecanism fară autoinversare), acţionat manual de la roata de mână 8, care reprezintă sursa de mişcare reversibilă.

Ecuaţiile generale ale lanţurilor cinematice sunt: - pentru mişcarea de avans longitudinal, ul:

12

3 zmzzniinu ItTil ⋅⋅⋅⋅=⋅⋅= π (3.69.)

unde: iT = z3/z2, este raportul de transfer al transmisiei; 1zmit ⋅⋅= π , este raportul de transformare a mişcării de rotaţie în mişcare rectilinie-alternativă, realizat de mecanismul pinion-cremalieră;

- pentru mişcarea de avans transversal, ut: pninu IItit ⋅=⋅= [mm/min] (3.70.)

unde: nII este turaţia roţii de mână, 8 (mişcarea II), în rot/min; iar p – este pasul şurubului, în mm.

Utilizarea de lanţuri cinematice generatoare de avans pentru mişcarea rectilinie-alternativă având drept sursă de mişcare acţionarea manuală (cu roţi de mână sau manete) este tot mai puţin utilizată la maşinile-unelte pentru prelucrarea lemnului. Cele mai uzuale tipuri de acţionări ale lanţurilor cinematice de avans pentru mişcări rectilinii-alternative sunt cele electrice, respectiv sursa de mişcare este un motor electric.

Structura unui lanţ cinematic de avans, pentru mişcare rectilinie-alternativă, cu sursă de mişcare un motor electric este prezentată în figura 3.23.a.

Această structură prezentată în figura 3.23.a, constă dintr-un ansamblu de transmisii mecanice, Tr, reglabile în trepte sau continuu, în intervalul iT min…iT max un inversor de turaţii, I, tot mecanic şi un mecanism de transformare a mişcării de rotaţie în mişcare rectilinie, MRA (care poate fi un mecanism pinion-cremalieră sau mecanism cu tambur şi cablu). Asemenea structuri de lanţuri cinematice se întâlnesc la ferăstraiele panglică de debitat buşteni.

În figura 3.23.b, este prezentată o variantă constructivă a unui astfel de lanţ cinematic la un ferăstrău panglică de debitat buşteni. Astfel, sursa de mişcare este motorul electric 1, care antrenează axul I prin intermediul transmisiei prin curele trapezoidale 2. Antrenarea axului II, pe care este montat tamburul 4 pe care se înfăşoară cablul 5, se face prin roţile dinţate z1 - z2 - pentru cursa de lucru (u) - sau prin transmisia prin lanţ 3, pentru cursa de revenire (u') a căruciorului cu buşteanul.

Tamburul cu cablu, 4, are şi rolul de a transforma mişcarea de rotaţie a axului, II, în mişcare rectilinie a căruciorului pe care se fixează buşteanul, prin intermediul cablului 5-5'. Se observă că roata dinţată, z2 şi roata de lanţ, z4 sunt montate liber pe axul II. Pentru transmiterea mişcării de rotaţie de la axul I la axul II, fie roata dinţată z2 fie roata de lanţ z4 trebuiesc cuplate - alternativ - cu axul II. Acest lucru se realizează prin intermediul plăcilor de fricţiune 6, respectiv 6', presate elastic pe roţile z2 sau z4 prin mecanismul cu membrană elastică 7 respectiv 7' acţionată de aerul comprimat prin camera de distribuţie a aerului

81

comprimat 8, respectiv 8'. Prin cuplarea roţii dinţate, z2, cu axul II, se realizează mişcarea neII, deci cablul acţionează căruciorul după direcţia mişcării de avans, u.

Fig. 3.23. Lanţ cinematic generator de avans pentru mişcarea rectilinie-alternativă cu acţionare electrică

Prin cuplarea roţii de lanţ z4, cu axul II, acesta se roteşte după direcţia n'eII, deci cablul

va acţiona căruciorul în sens invers, după direcţia mişcării de revenire, u'. Mecanismul cu placă de fricţiune joacă rol de inversor de sens de rotaţie prin cuplarea alternativă fie a transmisiei cu roţi dinţate, z1-z2, fie a transmisiei cu lanţ 3, prin roţile de lanţ, z3-z4.

Variaţia vitezei de avans se realizează tot cu ajutorul dispozitivului pneumatic cu placă de fricţiune, 6-6', prin schimbarea (varierea) forţei de presiune a membranei, 7 sau 7', pe placa de fricţiune 6 sau 6' şi roţile z2, respectiv z4. Deci, prin varierea momentului de frecare dintre plăcile de fricţiune şi cele două roţi dinţate se obţine o turaţie variabilă la axul II, prin varierea diametrului de contact al plăcilor de fricţiune cu roţile dinţate z2 respectiv z4. Prin urmare, mecanismul cu placă de fricţiune joacă şi rolul variatorului de turaţii.

Transformarea mişcării de rotaţie a axului II în mişcare rectilinie-alternativă se face prin mecanismul cu tambur şi cablu, care asigură un raport de transformare a mişcării, it dat de relaţia:

Tt Di ⋅=π [m] (3.71.) unde, DT este diametrul tamburului, în m.

Ecuaţiile generale ale lanţului cinematic vor fi: - pentru cursa de lucru, pe direcţia u:

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

⋅⋅⋅⋅⋅=⋅⋅=

⋅⋅⋅⋅⋅=⋅⋅=

vTmtTm

vTmtTm

iDzz

DD

niinu

iDzz

DD

niinu

.max2

1

2

1maxmax

.min2

1

2

1minmin

π

π (3.72.)

Este de menţionat şi faptul că structurile de lanţuri cinematice de avans pentru mişcare rectilinie-alternativă prezentate în figura 3.23.a, pot conţine, ca variator de turaţie, fie o cutie

82

de avansuri cu reglare în trepte a turaţiilor fie un variator continuu de diferite tipuri (cu sau fără element intermediar etc.).

O variantă îmbunătăţită de lanţ cinematic de avans, pentru mişcare rectilinie-alternativă întâlnită tot la ferăstraiele panglică de debitat buşteni este aceea cu acţionare mixtă, electro-hidraulică (fig.3.24).

Fig. 3.24. Lanţ cinematic generator de avans pentru mişcare rectilinie-alternativă cu acţionare electro-hidraulică.

În figura 3.24. se observă că sursa de mişcare pentru lanţul cinematic de avans o

reprezintă variatorul hidraulic, VH, care asigură o turaţie reglabilă între limitele ni min…ni max în ambele sensuri.

Acţionarea variatorului hidraulic VH, se face tot cu un motor electric, 1, având turaţia constantă. Transmisia intermediară este asigurată de o transmisie cu lanţ, 2, iar mecanismul de transformare a mişcării de rotaţie în mişcare rectilinie-alternativă este format din pinionul z3 şi cremaliera 3, fixată pe căruciorul de avans, 4. Deplasarea căruciorului de avans, 4, cu buşteanul fixat pe el, pe direcţia mişcării de avans, u, se face cu ajutorul unor role 6-6' care au şi rol de ghidare a mişcării (asigurarea rectilinităţii), pe şinele de rulare 5-5'.

În acest caz, ecuaţiile generale de transfer ale lanţului cinematic sunt:

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

⋅⋅⋅⋅=⋅⋅=

⋅⋅⋅⋅=⋅⋅=

32

1maxmaxmax

32

1minminmin

zmzzniinu

zmzzniinu

itTi

itTi

π

π (3.73.)

unde: iT este raportul de transfer al transmisiei cu lanţ iT = z1/z2, iar it este raportul de transformare a mişcării de rotaţie a pinionului z3 în mişcare rectilinie-alternativă a cremalierei, 3, şi este: 3zmit ⋅⋅= π ; m este modulul roţii dinţate z3 (pinionul).

Acţionarea electro-hidraulică a lanţurilor cinematice generatoare de avans pentru mişcare rectilinie-alternativă, fără transmisii intermediare mecanice, este des întâlnită în cazul maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului care lucrează pe poziţie şi la care cursa de lucru pe direcţia mişcării de avans este mică (sub 1 m lungime). Aceste situaţii se întâlnesc la maşinile de găurit orizontal sau vertical, la ferăstraiele circulare de retezat culisante sau pendulare, la unele maşini de frezat prin copiere, la strunguri paralele pentru lemn etc.

Structura unui lanţ cinematic de avans pentru mişcare rectilinie-alternativă cu acţionare hidraulică este prezentată în figura 3.25.a, iar varianta constructivă în figura 3.25.b.

83

Structura lanţului cinematic de avans pentru mişcarea rectilinie-alternativă cu acţionare electro-hidraulică, prezentată în figura 3.25.a, evidenţiază faptul că şi în cazul sistemelor hidraulice, sursa de mişcare propriu-zisă o reprezintă tot motorul electric, M, care acţionează pompa cu debit constant, P. Aceasta aspiră lichidul (mediul hidraulic) din rezervorul Rz şi îl refulează în sistem, prin intermediul distribuitorului DH, care are rolul atât de inversor de sens de mişcare, I, cât şi de cuplaj de pornire-oprire, OP. Supapa de descărcare, SD, asigură continuitatea circuitului în timpii de repaus la cap de cursa ai motorului hidraulic, MH, care are şi rolul de mecanism de transformare a energiei hidraulice în energie mecanică necesară realizării mişcării rectilinii-alternative.

Droselul DRH reglează debitul mediului hidraulic în limitele Qmin...Qmax, pentru situaţii în care pompa este cu debit constant (Qp = ct). În cazul utilizării de pompe cu debit variabil, droselele nu mai sunt necesare în structura sistemelor hidraulice respective, dacă domeniul de variaţie al debitului pompei este suficient de mare.

Varianta constructivă a unui astfel de lanţ cinematic de avans este prezentată în fig.3.25.b, la care piesa de prelucrat din lemn, 1, este fixată pe masa maşinii 2. Aceasta reprezintă veriga de execuţie sau organul final al lanţului cinematic de avans care efectuează mişcarea rectilinie-alternativă după direcţia I, prin deplasarea mesei 2, pe ghidajele 3, cu ajutorul motorului hidraulic liniar, 4. Restul elementelor sistemului hidraulic au aceeaşi semnificaţie ca în figura 3.25.a.

Ecuaţiile generale ale lanţului cinematic de avans vor fi:

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

⋅==

⋅==

2maxmax

max

2minmin

min

4

4

ii

ii

DQ

SQ

u

DQ

SQu

π

π (3.74.)

pentru cursa de lucru (sau activă), unde Qmin (Qmax) sunt debitele minime (maxime) de lichid ce trec prin droselul DR; Si este secţiunea interioară a motorului hidraulic liniar şi Di este diametrul interior al motorului hidraulic liniar.

Fig. 3.25 Lanţ cinematic generator de avans pentru

mişcare rectilinie-alternativă cu acţionare hidraulică

84

Pentru cursa de revenire (sau retragere la cap de cursă) ecuaţia lanţului cinematic va fi:

( )2t

2i

max

ti

p

DDQ4

SSQ

'u−⋅

=−

=π

(3.75.)

unde Qp este debitul pompei, Si - secţiunea interioară a motorului hidraulic, St - secţiunea tijei pistonului, respectiv Di - diametrul interior al cilindrului motorului hidraulic iar Dt - diametrul tijei pistonului.

Având în vedere că debitul pompei Qp trebuie să fie întotdeauna mai mare decât debitul maxim ce trece prin drosel (Qp > Qmax), precum şi faptul că Si > (Si - St), rezultă că u' > umax.

Acest lucru este chiar necesar, deoarece viteza de revenire trebuie să fie cât mai mare, pentru a avea timpi la mersul în gol cât mai mici, deci capacitatea de lucru a maşinii să fie cât mai puţin diminuată.

O structură similară întâlnim şi în cazul lanţurilor cinematice de avans pentru mişcarea rectilinie-alternativă cu acţionare pneumatică, la maşini-unelte pentru prelucrarea lemnului, cum ar fi: maşini de găurit verticale sau orizontale, maşini de găurit multiplu, agregate de găurit multiplu, unele maşini de frezat cu lanţ etc.

În figura 3.26.a, este prezentată structura unui astfel de lanţ cinematic, iar în figura 3.26.b, varianta constructivă a acestuia.

Din analiza figurii 3.26.a, se evidenţiază faptul că, în cazul lanţurilor cinematice de avans cu acţionare pneumatică, sursa de mişcare o reprezintă chiar sursa pneumatică de presiune, S.P.P., care prin intermediul grupului de preparare a aerului, G.P.A., format din filtrul F, robinetul de trecere, R, manometrul de presiune, M şi ungătorul U, transmite aerul comprimat distribuitorului pneumatic, DP. Reglarea debitului în intervalul (Qa min…Qa max) se face cu ajutorul droselului DRP. Motorul pneumatic, MP, asigură transformarea energiei pneumatice în lucru mecanic util, respectiv realizarea mişcării rectilinii-alternative a verigii de execuţie, VE.

Varianta constructivă a unei asemenea structuri de lanţ cinematic este prezentată în figura 3.26.b, unde suportul 1, al capului de lucru sau al mesei, este acţionat în mişcare rectilinie-alternativă de către motorul pneumatic, 2, de tip cilindru-piston, cu tijă unilaterală şi dublu efect.

Restul elementelor sistemului pneumatic au aceeaşi semnificaţie ca şi în cazul din figura 3.26,a. Ecuaţiile generale ale lanţului cinematic sunt identice cu cele prezentate în cazul precedent, respectiv relaţiile 3.74 şi 3.75.

Fig. 3.26. Lanţ cinematic generator de avans pentru mişcare

rectilinie-alternativă cu acţionare pneumatică

85

Fig. 3.27. Lanţ cinematic generator de avans pentru mişcare

rectilinie-alternativă cu acţionare electrică reversibilă

Atât în cazul structurilor de lanţuri cinematice de avans pentru mişcarea rectilinie-alternativă cu acţionare hidraulică cât şi a celor cu acţionare pneumatică, domeniul de reglare a vitezei de avans este limitat de sistemul constructiv al droselelor (sau al pompelor cu debit variabil), iar randamentul de transformare a energiei electrice în energie hidraulică sau pneumatică şi apoi, a acestora în energie mecanică este limitat. De aceea, maşinile-unelte pentru prelucrarea lemnului moderne, cu deosebire maşinile-unelte cu comandă numerică, au structuri ale lanţurilor cinematice de avans, pentru mişcare rectilinie-alternativă simplificate, acţionate, în majoritatea cazurilor, de motoare electrice cu turaţii reglabile şi reversibile.

Aceste motoare electrice, prin sistemele lor de comandă, asigură atât reversibilitatea mişcării cât şi domeniile de reglare necesare. O astfel de structură conţine - ca parte mecanică - numai mecanismul de transformare a mişcării de rotaţie în mişcare rectilinie-alternativă.

În figura 3.27.a, este prezentată structura unui astfel de lanţ cinematic de avans, iar în figura 3.27.b, varianta constructivă a acestuia. Structura lanţului cinematic prezentată în figura 3.27.a, evidenţiază faptul că, sursa de mişcare, M, este un motor electric cu turaţie reglabilă în intervalul ni min...ni max, şi reversibilă, prin cuplajul de pornire-oprire, CPO, care joacă şi rol de inversor de sens de rotaţie, I. Mecanismul de transformare a mişcării de rotaţie în mişcare rectilinie-alternativă, MRA, asigura un raport de transformare a mişcării constant (it = ct).

Varianta constructivă a unui astfel de lanţ cinematic este prezentată în figura 3.27.b. Masa maşinii, 1, ca verigă de execuţie sau organ acţionat al lanţului cinematic de avans, se deplasează pe ghidajele 3, cu ajutorul rolelor 2, după direcţia I. Mişcarea mesei, 1, după direcţia I este asigurată prin mecanismul de transformare a mişcării de rotaţie în mişcare rectilinie, 4, mecanism de tip şurub-piuliţă cu bile. Construcţia specială a acestui tip de mecanism şurub-piuliţă asigură, pe lângă o precizie ridicată a mişcării şi frecării minime, deci randamente mari ale transmisiei. Şurubul este fixat în lagărele 5-5' şi este acţionat de motorul electric, 7, prin intermediul cuplajului 6. Motorul electric asigură atât varierea turaţiei în limitele nm min…nm max, cât şi reversibilitatea ei (motor cu dublu sens de rotaţie).

Ecuaţiile generale ale lanţului cinematic prezentat sunt:

⎩⎨⎧

⋅=⋅=

maxmax

minmin

ms

ms

npunpu

(3.76.)

86

unde: ps este pasul şurubului. Raportul de transformare a mişcării de rotaţie în mişcare rectilinie, it, este:

it = ps [mm] (3.77.) Această structură de lanţ cinematic o întâlnim în cazul unor maşini de frezat cu

comandă numerică, centre de prelucrat cu comandă numerică etc. Structuri similare se întâlnesc şi la alte maşini-unelte cu comandă numerică, dar

mecanismul de transformare a mişcării de rotaţie în mişcare rectilinie, MRA, poate fi şi de tip pinion-cremalieră (deci tot fără autoinversare).

V.1.3.6. Lanţuri cinematice generatoare de avans pentru mişcarea intermitentă.

Mişcarea intermitentă - ca formă a mişcării de avans - este puţin întâlnită la maşinile-unelte pentru prelucrarea lemnului. În situaţiile particulare în care este folosită, ea se obţine de la mişcarea de tăiere, fiind corelată, prin diverse mecanisme cu aceasta. Este şi cazul mişcării de avans intermitent, a prismei de prelucrat, la fiecare cursă dublă a capului de debitat, la maşinile de tăiat plan furnire. La acest tip de maşini, cursa mesei pe direcţia mişcării de avans este sincronizată cu mişcarea rectilinie-alternativă a capului de lucru, prin intermediul unei came, în vederea asigurării unei grosimi a furnirului constantă.

Din punct de vedere structural, aceste lanţuri cinematice fac parte din categoria lanţurilor cinematice dependente, având mecanisme specifice pentru realizarea mişcării intermitente (fig.3.28).

Astfel, structura lanţului cinematic de avans pentru mişcarea intermitentă, preia mişcarea de la lanţul cinematic de tăiere prin intermediul mecanismului de intermitenţă, M.I. (fig.3.28.a) şi o transmite direct fie mecanismului de transformare a mişcării de rotaţie în mişcare rectilinie, MRA, fie, de cele mai multe ori, unei transmisii intermediare reglabile (cutie de avans cu roţi baladoare), Tr, care să asigure un raport de transfer reglabil în intervalul iT min…iT max. Mecanismul de transformare a mişcării de rotaţie în mişcare rectilinie este - de regulă - un mecanism şurub-piuliţă (deci fără autoinversare).

Varianta constructivă a unei astfel de structuri de lanţ cinematic este prezentată în figura 3.28.b. Piesa din lemn, sub forma unei prisme, 1, este fixată pe masa maşinii 2 prin intermediul unor dispozitive de prindere, 3.

Mişcarea intermitentă a mesei 2, după direcţia I, se face prin intermediul a patru mecanisme şurub-piuliţă, 4-4', acţionate simultan prin angrenajele conice z8-z9 respectiv z7-z6, de la roata conică z5. Mişcarea intermitentă se obţine cu ajutorul mecanismului cu clichet, 5, acţionat de cama 6, solidară cu suportul port-cuţit (veriga de execuţie a lanţului cinematic de tăiere). Transformarea mişcării rectilinii alternative IV în mişcare de rotaţie intermitentă, III, se realizează cu ajutorul clichetului 5 şi a roţii de clichet, zc.

87

Fig. 3.28. Lanţ cinematic generator de avans pentru mişcare intermitentă

Mişcarea de rotaţie intermitentă, multiplicată sau nu, este transmisă prin intermediul

angrenajelor conice z1-z2 şi z3-z4 la cele patru mecanisme cu şurub-piuliţă, 4-4'. Raportul de transformare a mişcării rectilinii-alternative în mişcare de rotaţie

intermitentă realizat de mecanismul cu clichet, itc, va fi:

c

stc z

zi = sau °

=360α

tci (3.78.)

unde: zs reprezintă numărul de dinţi succesivi cu care se roteşte roata de clichet la o cursă dublă (sau cursă completă) a camei; zc reprezintă numărul total de dinţi ai roţii de clichet, iar α reprezintă mărimea unghiului - în grade - cu care se roteşte un dinte al roţii de clichet la o cursă dublă a suportului port-cuţit.

Ecuaţiile generale ale lanţului cinematic vor fi:

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

⋅⋅⋅⋅=⋅⋅=

⋅⋅⋅⋅=⋅⋅=

sc

stTtc

sc

stTtc

pzz

zz

zz

zz

iiis

pzz

zz

zz

zz

iiis

6

5

4

3

2

1maxmaxmax

6

5

4

3

2

1minminmin

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

cdmmcdmm

(3.79.)

sau:

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

⋅⋅⋅⋅°

=⋅⋅=

⋅⋅⋅⋅°

=⋅⋅=

stTtc

stTtc

pzz

zz

zziiis

pzz

zz

zz

iiis

6

5

4

3

2

1maxmaxmax

6

5

4

3

2

1minminmin

360

360α

α

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

cdmmcdmm

(3.80.)

88

unde smin şi smax reprezintă grosimea furnirului (deci mărimea avansului intermitent la o cursă dublă), iar ps este pasul şurubului (it = ps este raportul de transformare a mişcării de rotaţie în mişcare rectilinie).

În cazul utilizării unei cutii de avans în structura lanţului cinematic, care asigură un interval de reglare a turaţiilor cuprins între: ica min…ica max, ecuaţiile generale ale acestuia vor fi:

⎪⎩

⎪⎨

⎧

⋅⋅⋅=

⋅⋅⋅=

sTcatc

sTcatc

piiis

piiis

maxmax

minmin

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

cdmmcdmm

(3.81.)

Utilizarea cutiilor de avansuri în structura lanţurilor cineamtice de avans intermitent este necesară numai dacă mecanismul cu clichet nu poate asigura un raport de transformare reglabil (itc = ct). Uzual, reglarea mărimii avansului intermitent, s, se face cu ajutorul mecanismului cu clichet, prin varierea lui zs sau a unghiului α.

V.1.4. Lanţuri cinematice auxiliare.

Realizarea unui anumit procedeu de prelucrare mecanică a lemnului, în diferite condiţii

ale regimului de lucru, presupune existenţa mişcărilor auxiliare care nu participă direct la procesul de generare, dar care sunt necesare desfăşurării acestuia.

Anterior au fost definite ca făcând parte din categoria mişcărilor auxiliare mişcările de fixare, de poziţionare şi de reglare. În mod corespunzător, lanţurile cinematice auxiliare vor fi:

- lanţuri cinematice auxiliare de fixare; - lanţuri cinematice auxiliare de poziţionare; - lanţuri cinematice auxiliare de reglare.

V.1.4.1. Lanţuri cinematice auxiliare de fixare.

Operaţiile de prelucrare mecanică a lemnului pe poziţie cum ar fi: strunjirea, găurirea,

tăierea plană a furnirelor etc, se pot realiza numai dacă piesa de prelucrat este fixată pe masa maşinii. Fixarea acesteia se poate face cu ajutorul unor mecanisme care, împreună cu mecanismele de transmitere şi/sau transformare a mişcării de la o sursa de mişcare, formează lanţul cinematic auxiliar de fixare.

În cazul maşinilor-unelte automate operaţia de fixare a piesei este corelată cu operaţia de alimentare a maşinii, care, facându-se automat, impune existenţa unor lanţuri cinematice mai complexe, de alimentare-fixare a pieselor.

De asemenea, pentru asigurarea poziţiei relative a unor subansamble ale maşinilor între ele, se folosesc o serie de mecanisme de blocare-fixare care pot fi incluse tot în categoria lanţurilor cinematice auxiliare de fixare.

În funcţie de natura sursei de mişcare, lanţurile cinematice auxiliare de fixare pot fi: cu acţionare manuală (fig.3.29.a); cu acţionare hidraulică sau pneumatică (fig.3.29.b); cu acţionare electrică (fig.3.29.c).

Fixarea piesei de lemn în vederea realizării operaţiei de strunjire se face cu ajutorul chernerului 1, fixat în suportul 2 cu ajutorul unui con de fixare-centrare. Suportul 2 execută mişcarea de fixare I prin intermediul mecanismului şurub-piulită 3, acţionat de la roata de mână 4, solidară cu piuliţa (capătul şurubului este liber).

89

Fig. 3.29. Lanţuri cinematice auxiliare de fixare

Păpuşa mobilă 5 se poate poziţiona pe ghidajele longitudinale ale batiului, 6, după care

se fixează la poziţia dorită (se blochează), prin mecanismul şurub-piuliţă de fixare, 7, acţionat manual, cu o manetă (sau cheie de strângere).

Prin utilizarea acţionărilor hidraulice sau pneumatice (fig.3.29.b), piesa de prelucrat, 1, se fixează pe masa maşinii, 2, faţă de rigla de ghidare, 4, cu ajutorul unui motor hidraulic (MH) sau pneumatic (MP) liniar, de tip cilindru-piston cu tijă unilaterală şi simplu efect (revenirea cu arc).

Acesta este montat pe masa maşinii, 2, cu ajutorul suportului 5 şi fixat cu ajutorul şurubului 6. Asemenea structuri de lanţuri cinematice auxiliare de fixare se întâlnesc la unele tipuri de maşini de găurit, maşini de frezat cu lanţ, cepuit etc.

Acţionarea electrică a lanţurilor cinematice auxiliare de fixare, fig.3.29.c, este utilizată în cazurile în care sunt necesare forţe mari de strângere şi fixări rapide pentru reducerea timpilor auxiliari.

Aceste structuri de lanţuri cinematice se întâlnesc, practic, la maşinile-unelte cu comandă numerică, dar şi la maşinile unelte la care manevrarea şi fixarea manuală a piesei de prelucrat este dificilă, datorită volumului mare al acesteia (deci şi a greutăţii). Este cazul ferăstraielor panglică de debitat buşteni, maşini de tăiat plan furnire etc.

Pentru o maşină de tăiat plan furnire (fig.3.29.c), fixarea prismei de prelucrat, 1, pe masa maşinii, 3, faţă de rigla de ghidare, 2, se face cu ajutorul unor grife 5. Realizarea forţei de strângere necesare se face prin deplasarea grifelor 5, pe ghidajele cilindrice, 4, după direcţia I, printr-un mecanism şurub-piuliţă, 6 (piuliţa solidară cu grifa), acţionat de la motorul electric 7, prin cuplajul C şi mecanismul melc-roată melcată, zk - zRM.

90

Folosirea acţionărilor electrice a căpătat o utilizare largă la maşinile-unelte moderne deoarece, prin acţionarea electrică, se creează posibilitatea integrării comenzii acestor lanţuri cinematice în structura generală a sistemului de comandă al maşinii-unelte.

De altfel şi utilizarea sistemelor de acţionare pneumatică sau hidraulică a lanţurilor cinematice auxiliare de fixare este întâlnită la maşinile la care lanţurile cinematice generatoare de avans sunt acţionate pneumatic sau hidraulic. Prin echipamentul specific (pneumatic sau hidraulic) se creează posibilitatea de sincronizare a mişcărilor auxiliare de fixare cu mişcarea de avans.

Un astfel de exemplu este prezentat în figura 3.30, el fiind întâlnit în cazul unor maşini de frezat cu lanţ sau a unor maşini de găurit verticale, cu acţionare pneumatică.

Structura combinată de lanţ cinematic de avans şi lanţ cinematic auxiliar de fixare prezentată în figura 3.30, evidenţiază sincronizarea mişcării de avans, I, realizată de suportul capului de lucru, 1, acţionat de motorul pneumatic, MPl, cu mişcarea de fixare a piesei, II, realizată de motorul pneumatic MP2. Aerul comprimat, primit de la sursa de presiune pneumatică, SPP, este dirijat prin grupul de preparare a aerului, GPA, la distribuitorul DP.

Fig. 3.30. Sincronizarea lanţului cinematic auxiliar de fixare cu lanţul cinematic de avans

În poziţia de repaus (capul de lucru ridicat, deci scula este scoasă din contact cu piesa

care nu este fixată pe masa maşinii), aerul comprimat este dirijat de la distribuitorul DP la motorul pneumatic liniar, de tip cilindru-piston cu tija unilaterală şi dublu efect, MPl, şi în continuare, prin ventilul de sens, 2, normal deschis, la motorul pneumatic MP2.

Prin comanda distribuitorului DP pentru cursa de lucru, aerul comprimat este dirijat întâi la motorul pneumatic MP2 şi apoi, cu întârziere, datorită droselului cu cale (cu secţiune constanta) DRC, şi a droselului reglabil DR, la motorul MP1. Deci, droselul cu cale DRC are rolul de a temporiza (întârzia) realizarea mişcării de avans, I, efectuându-se întâi mişcarea de fixare a piesei, II.

Sisteme similare se pot întâlni şi la maşinile-unelte la care mişcările de avans şi auxiliare de fixare, sunt realizate pe cale hidraulică.

V.1.4.2.Lanţuri cinematice auxiliare de poziţionare.

Mişcările auxiliare de poziţionare sunt întâlnite, practic, în structura cinematică a tuturor

maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului. Prin intermediul acestor mişcări se asigură poziţionarea reciprocă a diferitelor subansamble funcţionale ale maşinii-unelte, pentru lărgirea domeniului de utilizare a maşinilor, în scopul realizării de regimuri de lucru cât mai diverse.

91

Aceste mişcări se realizează cu ajutorul unor mecanisme şi organe de maşini specifice, cu acţionare manuală sau electrică, mai puţin utilizată fiind acţionarea pneumatică sau hidraulică.

De regulă, utilizarea acţionării electrice se face în cazurile în care comanda lanţurilor cinematice auxiliare de poziţionare se face automat (sisteme de comandă automată convenţională).

Având în vedere marea varietate a acestor tipuri de mişcări de poziţionare, specifice fiecărei maşini-unelte pentru prelucrarea lemnului, prezentarea detaliată se va face cu ocazia prezentării structurilor cinematice şi a funcţionării fiecarei grupe de maşini în parte. Câteva precizări de ordin general se impun însă.

Astfel, în majoritatea cazurilor, mişcările auxiliare de poziţionare sunt mişcări rectilinii-alternative obţinute din mişcarea de rotaţie cu ajutorul unor mecanisme de transformare a mişcării de rotaţie în mişcare rectilinie-alternativă (de regulă, mecanisme şurub-piuliţă).

Structura lanţurilor cinematice auxiliare de poziţionare nu conţine transmisii specifice pentru reglarea în trepte sau continuă a mişcării, mişcarea de poziţionare realizându-se cu viteza constantă.

Pentru exemplificare, în figura 3.31 se prezintă un lanţ cinematic auxiliar de poziţionare a mesei maşinii de rindeluit la grosime, tip MRG-8, pentru prelucrarea de piese cu grosimi diferite şi cu adâncimi de aşchiere diferite.

Structura lanţului cinematic auxiliar de poziţionare a mesei maşinii de rindeluit la grosime prezentată în figura 3.31.a, evidenţiază faptul că acţionarea acestuia se poate face fie manual, prin maneta m, transmisia intermediară Tr2, cu iT2 = ct, cât şi prin motorul electric M, cu turaţia reversibilă şi transmisia intermediară Tr1.

Mecanismul de transformare a mişcării de rotaţie în mişcare rectilinie, MRA, este de tip fără autoinversare, schimbarea sensului de mişcare a verigii de execuţie, VE, făcându-se prin schimbarea sensului de rotaţie a sursei de mişcare.

Varianta constructivă a unui astfel de lanţ cinematic este prezentată în figura 3.31.b. Masa maşinii 1, se deplasează după direcţia I, pe ghidajele 2, fixate pe batiu, prin intermediul mecanismului şurub-piuliţă 3-3'. Şurubul este fix, piuliţa este prelucrată în axul roţii melcate, 4-4'. Melcul zk, este fixat pe axul 5, care este antrenat în mişcare de rotaţie prin intermediul transmisiei prin curea trapezoidală 6, de la motorul electric M, pentru poziţionarea rapidă a mesei.

Poziţionarea la cotă fixă se face prin antrenarea axului 5, prin transmisia cu lanţ 7, de la roata de mână 8, acţionată manual.

Această structură de lanţ cinematic auxiliar de poziţionare este o structură complexă, având două surse de mişcare pentru acţionarea unei singure verigi de execuţie. Asemenea structuri se mai întâlnesc la maşinile-unelte moderne, de tipul agregatelor de găurit multiplu, agregate de formatizat panouri, agregate de furniruit pe canturi etc.

La maşinile-unelte cu comandă numerică se folosesc structuri de lanţuri cinematice auxiliare de poziţionare cu acţionare electrică şi cu traductoare de poziţie pentru asigurarea integrării comenzii acestor lanţuri cinematice în structura generală de comandă.

92

Fig. 3.31. Lanţ cinematic auxiliar de poziţionare a mesei la MRG-8

V.1.4.3.Lanţuri cinematice auxiliare de reglare. În literatura de specialitate, noţiunea de reglare a maşinilor-unelte cuprinde două aspecte

distincte: reglarea tehnogică şi reglarea cinematică. Reglarea tehnologică are drept scop asigurarea tuturor condiţiilor pentru obţinerea

formei şi dimesiunilor finale ale pieselor ce se prelucrează, ţinând cont de dimensiunile şi forma iniţială a lor.

Reglarea cinematică are drept scop asigurarea corelării parametrilor cinematici ai regimului de lucru (respectiv viteza de tăiere şi viteza de avans), în vederea obţinerii regimului optim de lucru şi, deci, a unei calităţi a suprafeţelor pieselor prelucrate corespunzătoare.

Prin urmare conceptul de reglare a lanţurilor cinematice se referă la reglarea lanţurilor cinematice de tăiere şi de avans, în scopul realizării intervalelor de variaţie a mărimilor de ieşire din lanţurile cinematice, respectiv ns min…ns max, pentru lanţurile cinematice de tăiere şi umin…umax, pentru lanţurile cinematice de avans.

Analiza modalităţilor de reglare (reglare în trepte sau continuă) şi a mijloacelor de realizare a acestora: pe cale mecanică, electrică, hidraulică, pneumatică sau mixtă (combinată) se va prezenta în capitolul următor, deci se vor detalia şi lanţurile cinematice auxiliare de reglare în acel capitol.

V.1.5. Test de evaluare a cunoştinţelor 1. Lanţul cinematic generator de avans pentru mişcarea rectilinie alternativă cu acţionare hidraulică. Exemplificaţi.

93

Unitatea de învăţare VI.1. Reglarea lanţurilor cinematice.

Cuprins

VI.1.1. Introducere.........................................................................................................93 VI.1.2. Competenţe........................................................................................................93 VI.1.3. Definirea mărimilor de reglare ......................................................................... 93 VI.1.4. Reglarea pe cale mecanică a lanţurilor cinematice........................................... 95

VI.1.4.1. Mecanisme pentru reglarea turaţiilor în trepte ...................................... 95 VI.1.4.2. Mecanisme pentru reglarea continuă a turaţiilor ................................. 102

VI.1.5. Acţionarea şi reglarea pe cale hidraulică a lanţurilor cinematice ................... 104 VI.1.5.1. Structura sistemelor de acţionare hidraulică ....................................... 105 VI.1.5.2. Mediul hidraulic şi principalele lui caracteristici................................ 106 VI.1.5.3. Parametrii transferului energetic în acţionarea hidraulică .................. 107 VI.1.5.4. Elementele sistemelor de acţionare hidraulică .................................... 109

VI.1.6. Test de evaluare .............................................................................................. 118

VI.1.1. Introducere Această unitate de învăţare este destinată însuşirii de către studenţi a noţiunilor

legate de definirea mărimilor de reglare cinemtică, reglarea pe cale mecanică şi hidraulică.

VI.1.2. Competenţe După parcurgerea acestei unităţi de învăţare, studentul va fi capabil să: ● definească mărimea reglată şi mărimile de reglare a oricărui lanţ cinematic; ● reprezinta cu ajutorul semnelor convenţionale principalele mecanisme

mecanice destinate reglării în trepte sau continue a lanţurilor cinematice; ● să descrie structura sistemelor de acţionare şi reglare pe cale hidraulică a

lanţurilor cinematice.

Durata medie de parcurgere a acestei unităţi de învăţare este de 3 ore.

VI.1.3. Definirea mărimilor de reglare Reglarea lanţurilor cinematice ale maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului are

drept scop asigurarea domeniului de variere a mărimilor de ieşire din lanţurile cinematice de bază, respectiv turaţia sculelor – pentru lanţurile cinematice de tăiere - şi mărimea vitezei de avans - pentru lanţurile cinematice de avans. Prin urmare, conceptul de reglare, în accepţiunea prezentată, se referă la reglarea unei mişcări, deci este vorba de reglarea cinematică.

94

Rolul funcţional al oricărui lanţ cinematic este acela de a asigura transmiterea şi/sau transformarea unei mişcări date - caracterizată valoric prin mărimea de intrare, ni -într-o mişcare necesară, caracterizată valoric prin mărimea de ieşire, ne.

Prin urmare mărimea reglată de bază, a oricărui lanţ cinematic este mărimea de ieşire, ne.. Aceasta se calculează, funcţie de natura şi tipul lantului cinematic, pe baza unor considerente de ordin tehnologic, aşa cum s-a arătat la subcapitolul 3.2, unde s-au definit şi explicitat prin relaţii analitice rapoartele de reglare ale mărimilor de ieşire din lanţurile cinematice (rel. 3.11; 3.18; 3.22.).

Pentru a se putea obţine intervalul de variaţie necesar al mărimii de ieşire din lanţul cinematic (ne min…ne max) respectiv raportul de reglare a mărimii de ieşire, Rne, este necesar ca structura lanţului cinematic să conţină o serie de transmisii intermediare, caracterizate printr-o anumită capacitate de reglare, CT, şi o sursă de mişcare care să asigure un raport de reglare a mărimilor de - intrare, Rni astfel încât să fie îndeplinită ecuaţia generală de transfer (vezi rel. 3.13):

iTe RnCRn ⋅=

unde: ;;;min

max

min

max

min

max

i

ii

T

TT

e

ee n

nRniiC

nnRn ===

Prin urmare, din analiza ecuaţiei generale de transfer a lanţurilor cinematice (relaţia

3.13), se observă că mărimile de reglare ale oricărui lanţ cinematic sunt: • raportul de reglare a mărimii de intrare în lanţul cinematic, Rni (vezi rel. 3.1); • capacitatea de reglare a mecanismelor transmisiilor intermediare ale lanţurilor

cinematice, CT (vezi rel. 3.9). Dacă capacitatea de reglare a mecanismelor transmisiilor intermediare: CT ≥ Rne atunci

Rni = 1. Dacă sursa de mişcare poate asigura un raport de reglare a mărimii de intrare: Rni ≥

Rne atunci CT =1, deci transmisiile intermediare nu mai sunt necesare. În funcţie de cerinţele de ordin tehnologic se vor determina raporul de reglare al

mărimilor de ieşire, Rne şi forma de reglare: în trepte sau continuă.

Fig. 4.1. Modalităţi şi mijloace de realizare a reglării cinematice

95

Pe baza ecuaţiei generale de transfer a lanţului cinematic (3.13), se vor alege combinaţiile optime de surse de mişcare şi transmisii intermediare care să asigure atât raportul de reglare a mărimii de ieşire, Rne, cât şi forma de reglare în trepte sau continuă.

Ca mijloace de reglare se pot evidenţia (fig.4.1): reglarea pe cale electrică, mecanică, pneumatică şi combinată (sau mixtă).

Alegerea corectă a modalităţilor de reglare şi mai ales a mijloacelor adecvate pentru asigurarea raportului de reglare a mărimii de ieşire necesar reprezintă cerinţa de bază în proiectarea structurii cinematice a oricărei maşini-unelte pentru prelucrarea lemnului.

VI.1.4. Reglarea pe cale mecanică a lanţurilor cinematice Reglarea pe cale mecanică a lanţurilor cinematice generatoare ale maşinilor-unelte

pentru prelucrarea lemnului este necesară şi se justifică, încă, pentru situaţiile în care raportul de reglare al mărimilor de ieşire, Rne, este relativ mic (Rne ≥ 10). În aceste situaţii, mecanismele transmisiilor intermediare trebuie să asigure o capacitate de reglare: CT ≥ Rne, dacă Rni =1 sau,

i

eT Rn

RnC = dacă Rni ≠ 1.

În ambele situaţii, reglarea turaţiilor se poate face în trepte sau continuu, alegerea uneia din cele două modalităţi de reglare fiind determinată atât de considerente de ordin tehnologic cât şi economic (costul subansamblelor respective).

VI.1.4.1. Mecanisme pentru reglarea turaţiilor în trepte

Aşa după cum s-a prezenat anterior, în cazul lanţurilor cinematice pentru mişcări

rectilinii continue sau alternative, reglarea mărimilor de ieşire se face prin reglarea mărimii de intrare care este, în toate cazurile, o mişcare de rotaţie. Deci, pentru toate situaţiile, reglarea mărimii de ieşire din lanţul cinematic se obţine prin reglarea unei mişcări de rotaţie care, apoi, este transformată sau nu în funcţie de necesităţi, în mişcare rectilinie continuă sau alternativă.

După determinarea intervalului de reglare a mărimii de ieşire din lanţul cinematic şi a capacităţii de reglare a mecanismelor transmisiilor intermediare este necesar să se stabilească numărul treptelor de reglare a turaţiilor şi raţiile şirurilor de turaţii. Acest lucru este necesar pentru a avea pierderi de turaţii constante.

Spre exemplificare, se consideră că, pentru un lanţ cinematic generator, s-au determinat turaţiile de ieşire minime şi maxime precum şi numărul total al treptelor de turaţii sub forma unui şir de turaţii: nmin = n1; n2, n3,...,nq = nmax.

În acest caz, viteza elementului final va fi: eef nDv ⋅⋅= π [m/min] (4.1.)

unde: Def este diametrul elementului final sau al verigii de execuţie (care poate fi: diametrul unei scule, al unui arbore port-sculă, al unui valţ de avans etc.), în m; ne este turaţia elementului final, în rot/min. Reprezentarea grafică a relaţiei de mai sus este ilustrată în figura 4.2.

96

Fig. 4.2. Reprezentarea grafică a funcţie:

v = f(Def; ne) Din calculul regimului de lucru la prelucrarea unei piese oarecare, rezultă o viteză

economică, vec, care, pentru un diametru al elementului final, Def.1 - tipizat, impune utilizarea (sau obţinerea la elementul final) a unei turaţii economice corespunzătoare, nec.

Având în vedere că turaţiile elementului final sunt în trepte, se poate alege fie turaţia superioară turaţiei economice, nj, fie cea inferioară, nj-1, cărora le corespund vitezele vj respectiv vj-1. Practic, deci, turaţia economică, nec, nu se poate realiza, alegându-se turaţia imediat inferioară - de regulă, respectiv nj-1. Aceasta pentru că, la turaţii mai mari (nj), durabilitatea sculei ar scădea sub limita optimă şi deci, nu este recomandabil, dacă ar fi cazul unui lanţ cinematic de tăiere. În cazul unui lanţ cinematic de avans, s-ar proceda la fel, deoarece turaţii mai ridicate (ni > nec) ar conduce la viteze de avans mai mari, deci puteri de aşchiere mari şi calitate a suprafeţei prelucrate mai mică.

Pierderile de viteză vor fi:

⎪⎩

⎪⎨⎧

−=Δ

−=Δ

−

−

1max

1

jj

jec

vvv

vvv (4.2.)

sau pierderile relative de viteză:

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

−=

−=

−

−

j

jj

ec

jec

vvv

v

vvv

v

1max

1

δ

δ

(4.3)

Prin înlocuirea în relaţia 4.3 a expresiei vitezei v = f (Def; ne) conform relaţiei 4.1. şi ţinând cont de faptul că constantDπ ef =⋅ , rezultă:

j

j

j

jj

nn

nnn

v 11max 1 −− −=

−=δ (4.4.)

Având în vedere că exploatarea raţională a maşinilor-unelte impune etajarea turaţiilor astfel încât pierderea relativă de viteză să fie constantă, între toate treptele de turaţii, adică: δvmax = ct. oricare ar fi numărul de trepte de turaţii, turaţiile trebuiesc etajate după o serie geometrică.

Dacă se notează raportul :

ϕ1

nn

j

1j =− (4.5.)

în care φ = ct. şi φ > 1, atunci ca δvmax = ct., trebuie ca două turaţii succesive ale şirului să respecte relaţia:

97

ϕ⋅= −1jj nn (4.6.) În cazul şirului de turaţii luat în considerare, se poate scrie:

⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪

⎨

⎧

=⋅=⋅=

⋅=⋅=

⋅==

−− max

111

2123

12

min1

...nnnn

nnn

nnnn

qqq ϕϕ

ϕϕ

ϕ (4.7.)

Prin urmare, raţia acestei serii va fi:

1

min

max1

1

−− == qq q

nn

nn

ϕ (4.8.)

deoarece n1 = nmin şi nq = nmax. Deci, oricare ar fi lanţul cinematic, în cazul reglării în trepte a mărimii de ieşire, şirul de

turaţii: n1, n2, … nq, se caracterizează prin următoarele elemente: • numărul treptelor de turaţii, q; • raţia şirului, φ; • raportul de reglare a mărimii de ieşire:

1q

1

q

min

maxe n

nnnRn −=== ϕ (4.9.)

Pentru o exploatare uşoară a maşinilor-unelte şi pentru simplificarea calculelor cinematice, raţiile şirurilor de turaţii, dispuse în serii geometrice, au fost standardizate. La baza standardizării stau şirurile zecimale geometrice, iar raţia seriei zecimale este de forma:

21 210 KK ==ϕ (4.10.) unde: N K2 K1, ∈ ; N reprezintă mulţimea numerelor naturale întregi (N = 1, 2, 3…n), K1 = 10 N ; K2 = 3 N.

Pentru ca δvmax< 5%, se obţine : .06,1104040 ==ϕ Şirul corespunzător acestei raţii se

notează R 40 şi este şirul fundamental, având umătorii termeni cuprinşi între 1 şi 10: R40: 1,00 –1,06 – 1,12 – 1,18 – 1,25 – 1,32 – 1,40 – 1,50 - 1,60 – 1,70 – 1,80 – 1,90 –

2,00 – 2,12 – 2,24 – 2,36 – 2,50 – 2,65 – 2,80 – 3,00 - …- 10,00. Alte raţii utilizate în practică şi care îndeplinesc cele două condiţii (4.10) sunt

următorele : 12,1210 620

20 ===ϕ pentru şirul R20

25,1210 31010 ===ϕ pentru şirul R10

Aceste şiruri – şi altele încă – se regăsesc în şirul fundamental, R40. Uzual, în construcţia mecanismelor pentru reglarea în trepte a turaţiilor se utilizează frecvent raţii standardizate: ϕ = 1,12 – 1,25 – 1,41 – 1,60 – 2,00.

Şirul fundamental, R40 poate fi extins şi în afara intervalului 1,00 …10,00 prin multiplicare cu 10, 100 etc, sau cu 0,1; 0,01; 0,001.

Pentru reglarea în trepte a mărimii de ieşire din lanţurile cinematice se pot utiliza numeroase soluţii tehnice. La alegerea tipului mecanismului sau a combinaţiei de mecanisme se va avea în vedere, pe lângă necesitatea realizării unui anumit interval de reglare, numărul treptelor de reglare şi raţia şirului de turaţii funcţie de destinaţia maşinii, deci de rolul funcţional al lanţului cinematic respectiv. Se impune, de asemenea, luarea în considerare şi a altor factori, cum ar fi:

98

♦ complexitatea mecanismului respectiv; ♦ durabilitatea şi cheltuielile de întreţinere ale acestuia; ♦ randamentul total al lanţului cinematic etc. Cele mai uzuale tipuri de mecanisme pentru reglarea în trepte a turaţiilor sunt: ♦ mecanisme cu conuri în trepte; ♦ mecanisme cu roţi baladoare; ♦ mecanisme cu roţi dinţate şi cuplaje; ♦ mecanisme cu con Norton.

a. Tansmisia prin curele cu conuri în trepte se utilizează pe scară largă la maşinile-unelte pentru prelucrarea lemnului datorită avantajelor pe care la prezintă:

funcţionare silenţioasă, fără zgomot şi vibraţii, la turaţii mari; construcţie simplă şi compactă; nu necesită o poziţionare reciprocă de precizie ridicată a axelor.

Utilizarea transmisiilor prin curele pentru reglarea în trepte a turaţiilor (fig. 4.3) este indicată pentru obţinerea unui număr de 2…5 trepte de turaţii.

Fig. 4.3. Mecanism pentru reglarea în trepte a turaţiei cu transmisie prin curele În cazul mecanismului prezentat în figura 4.3, cele patru trepte de turaţii vor fi:

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

⋅=

⋅=

'2

22

'1

11

DDnn

DDnn

i

i

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

⋅=

⋅=

'4

44

'3

33

DDnn

DD

nn

i

i

(4.11.)

Poziţionarea curelei late (—) sau trapezoidale (∇) pe treapta dorită şi întinderea corespunzătore a acesteia se face prin reglarea distanţei între axe, A, deplasând axul I, cu conurile conducătoare D1…D4, faţă de axul II, fix, după direcţia mişcării III. Această mişcare auxiliară de reglare este asigurată - de regulă - de un lanţ cinematic simplu, care are ca verigă de execuţie suportul capului de lucru (motor de antrenare şi con în trepte D1...D4), care este acţionat printr-un mecanism şurub-piuliţă acţionat manual, de la o manetă.

Domeniul de utilizare al transmisiilor prin curele pentru reglarea în trepte a turaţiilor este limitat de o serie de factori cum ar fi:

tipul curelei şi natura materialului acesteia; puterea şi viteza transmisă (turaţia de intrare) care determină diametrul minim al

roţilor de curea; gabaritul transmisiei şi lăţimea curelei care limitează diametrul maxim al roţilor de

curea. Pentru transmisiile prin curele late şi trapezoidale utilizate în construcţia maşinilor-

unelte pentru prelucrarea lemnului se recomandă ca imin ≥ 1/3 şi imax ≤ 3, deci capacitatea de reglare a acestor mecanisme CT, va fi:

99

9min

max ≤=ii

CT

Această capacitate de reglare corespunde - în cele mai multe situaţii - pentru lanţurile cinematice de tăiere, dar este necorespunzătoare pentru lanţurile cinematice de avans.

b. Mecanismele cu roţi baladoare au o largă utilizare în construcţia cutiilor de viteze sau de avansuri. Principala caracteristică a acestor tipuri de mecanisme pentru reglarea în trepte a turaţiilor o reprezintă numărul treptelor blocului balador, adică numărul de comutări. Cele mai uzuale şi mai simple sunt mecanismele cu roţi baladoare cu două trepte (fig.4.4.a) dar se întâlnesc şi mecanisme cu roţi baladoare în trei trepte (fig.4.4.b).

Mecanismele cu roţi baladoare sunt sigure în exploatare, au pierderi mici prin frecare, sunt uşor manevrabile şi se pot folosi roţi dintate cu dinţi drepţi sau înclinaţi. Ele se pot construi în mai multe variante constructive, funcţie de numărul roţilor dinţate care formează blocul balador şi de numărul de axe ale cutiei de avansuri (sau de viteze) respective. Rapoartele de transfer realizate de blocul balador din figura 4.4.a, sunt:

'1

11 z

zi = şi '2

22 z

zi = (4.12.)

a) b)

Fig. 4.4. Mecanisme cu roţi dinţate baladoare pentru reglarea în trepte a turaţiilor

iar ecuaţiile de transfer vor fi:

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

⋅=⋅=

⋅=⋅=

'2

222

'1

111

zzninn

zzninn

ii

ii

(4.13.)

Similar, pentru mecanismul balador din figura 4.4.b, rapoartele de transfer sunt:

'1

11 z

zi = ; '2

22 z

zi = ; '

3

33 z

zi = (4.14.)

iar ecuaţiile de transfer vor fi:

100

⎪⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪⎪

⎨

⎧

⋅=⋅=

⋅=⋅=

⋅=⋅=

'3

333

'2

222

'1

111

zz

ninn

zzninn

zz

ninn

ii

ii

ii

(4.15.)

Rapoartele de transfer recomandate pentru transmisiile prin roţi dinţate sunt: imin ≥ 1/4 şi imax ≤ 2, deci capacitatea de reglare CT ≤ 8. Pentru mărirea capacităţii de reglare a mecanismelor transmisiilor intermediare cu roţi dinţate se folosesc combinaţii de mai multe mecanisme cu roţi baladoare, cu mai multe axe, obţinându-se astfel cutii de avansuri (sau de viteze) cu 6, 8, 12…24 trepte de turaţii.

Studiul cinematic al variatoarelor în trepte cu roţi baladoare (cutii de viteză sau de avans) se face cu ajutorul reţelelor structurale şi a diagramei turaţiilor. Reţelele structurale sunt reprezentări grafice simetrice ale comutărilor grupelor cinematice, ilustrând legătura şi succesiunea rapoartelor de transfer şi a turaţiilor obţinute.

Pe baza reţelelor structurale, după alegerea variantei optime de reţea structurală, se trasează diagrama turaţiilor. Aceasta este tot o reprezentare grafică a unei grupe cinematice care are la ieşire un şir de turaţii, în progresie geometrică cu raţia φ. Pentru trasarea diagramelor de turaţii este necesar să se cunoască formula structurală (ecuaţia structurală şi reţeaua structurală) precum şi rapoartele de transfer minime.

Metodica stabilirii treptelor de turaţii cu ajutorul reţelelor structurale şi al diagramei turaţiilor se poate utiliza pentru toate tipurile de variatoare în trepte, dar se utilizează cu precădere la calculul numărului de dinţi ai mecanismelor cu roţi dinţate (Botez 1977, Radu 1977, Ţăran, Budău 1993).

c. Mecanismele cu roţi dinţate şi cuplaje sunt utilizate în mod deosebit în structura unor lanţuri cinematice de avans, datorită avantajelor pe care le prezintă, cum ar fi:

permit schimbarea turaţiilor (a rapoartelor de transfer) în mers; ocupă spaţii relativ mici; necesită curse mici ale elementelor comutabile.

Din punct de vedere constructiv, ele pot fi numai cu cuplaje sau cu roţi baladoare şi cuplaje, iar dantura roţilor este de regulă dreaptă, înclinată sau în V.

În figura 4.5. sunt prezentate schemele a două variante constructive de mecanisme cu cuplaje: cu două cuplaje pentru două trepte de turaţii (fig.4.5.a) şi cu patru cuplaje, pentru patru trepte de turaţii (fig.4.5.b).

Fig. 4.5. Mecanisme cu roţi dinţate şi cuplaje pentru reglarea în trepte a

turaţiilor

Mecanismul prezentat în figura 4.5.a, este prevăzut cu angrenajele permanente z1 - z1' şi z2 - z2', la care roţile dinţate z1' şi z2' sunt libere pe axul II. Prin deplasarea manşonului M, de

101

pe axul II spre stânga sau spre dreapta, se asigură cuplarea roţilor libere z1' sau z2' cu axul II prin intermediul cuplajelor C1 respectiv C2.

Ecuaţiile de transfer vor fi:

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

⋅=⋅=

⋅=⋅=

'2

222

'1

111

zzninn

zzninn

ii

ii

(4.16.)

Mecanismul prezentat în figura 4.5.b, este prevăzut cu trei perechi de angrenaje

permanente, z1 - z1'; z2 - z2' şi z3 - z3 şi cu patru cuplaje, C1…C4, câte două pe fiecare ax. Obţinerea celor patru trepte de turaţii, deci a celor patru rapoarte de transfer, se pot face prin deplasarea succesivă a manşoanelor M1 şi M2 pentru realizarea cuplărilor: C1 - C2 pe axul I şi C3 - C4 pe axul II. Cele patru rapoarte de transfer vor fi:

⎪⎪⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪⎪⎪

⎨

⎧

−=

−=

−=

−=

.CCcuplajelepentruzz

zz

zzi

;CCcuplajelepentruzz

i

;CCcuplajelepentruzzi

;CCcuplajelepentruzzi

41'3

3

2

'2

'1

14

42'3

33

32'2

22

31'1

11

(4.17.)

Realizarea acestor rapoarte de transfer este posibilă datorită faptului că toate roţile dinţate sunt montate liber pe cele două axe, solidarizarea lor cu axele făcându-se succesiv prin intermediul cuplajelor C1…C4.

d. Mecanismele cu con Norton au o construcţie asemănătoare cu a mecanismelor cu roţi dinţate baladoare, dar sunt mai compacte, putând asigura transmiterea mişcării între două axe 6…12 trepte de turaţii (fig.4.6).

Transmiterea mişcării de rotaţie între axele I şi II în opt trepte (cazul prezentat în figura 4.6) se realizează prin comutările succesive ale roţii dinţate conduse, zc, cu una din roţile conducătoare ale conului, z1…z8, de pe axul I.

Fig. 4.6. Mecanismul cu con Norton

Pentru efectuarea comutărilor, braţul basculant 2, împreună cu roata condusă, zc,

efectuează o mişcare de basculare şi o deplasare axială, acţionată manual, cu ajutorul manetei 1. Maneta 1 este prevăzută cu un ştift de indexare pentru poziţionarea sistemului comutabil şi realizarea distanţei necesare între axele I şi II. Roata intermediară, zi, de pe axul intermediar

102

III, solidar cu braţul basculant 2, asigură legătura dintre roţile dinţate ale conului conducător, z1…z8 şi roata condusă, zc.

Rapoartele de transfer ale mecanismului cu con Norton sunt:

⇒

⎪⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪⎪

⎨

⎧

=⋅=

=⋅=

=⋅=

cc

i

i

cc

i

i

cc

i

i

zz

zz

zz

i

zz

zz

zz

i

zz

zz

zz

i

888

222

111

...........................

(4.18.)

Utilizarea mecanismelor cu con Norton pentru reglarea în trepte a lanţurilor cinematice

ale maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului este limitată de o serie de dezavantaje pe care aceste mecanisme le prezintă:

sistemul de indexare a treptelor de turaţii nu asigură o rigiditate suficientă; deschiderea din corpul mecanismului, necesară pentru comutarea braţului

basculant, permite intrarea aşchiilor şi a prafului în interiorul cutiei etc. Totuşi, un astfel de mecanism de reglare în trepte a turaţiilor se întâlneşte la unele tipuri

de deruloare. Pentru reglarea în trepte a turaţiilor se pot folosi şi alte tipuri de mecanisme mecanice,

cum ar fi: mecanism cu roţi dinţate şi pană mobilă (sau glisantă); mecanism cu roţi dinţate de schimb etc. Aceste tipuri de mecanisme au, însă, o capacitate de reglare mică iar numărul de trepte de turaţii pe care îl pot asigura este mic (2...4 trepte). Astfel de mecanisme (cum ar fi roţile de schimb, fig.3.18), se întâlnesc în structuri mixte, cu alte mecanisme pentru reglare în trepte, în vederea măririi domeniului de reglare şi mai ales a numărului de trepte de turaţii.

Reglarea în trepte a turaţiilor fiind o reglare rigidă, este recomandată în cazul unor lanţuri cinematice de avans la care sunt necesare numai anumite turaţii, pentru a obţine anumite grosimi de furnir (cazul deruloarelor şi al maşinilor de tăiat plan furnire).

VI.1.4.2. Mecanisme pentru reglarea continuă a turaţiilor Reglarea continuă a turaţiilor permite obţinerea oricărei turaţii în intervalul ne

min…ne max . Avantajele folosirii mecanismelor pentru reglarea continuă a turaţiilor sunt evidente, în special, la maşinile-unelte pentru prelucrarea lemnului la care precizia dimensională a pieselor prelucrate trebuie dublată de o calitate corespunzătoare a suprafeţelor prelucrate.

Mecanismele mecanice care asigură reglarea continuă a turaţiilor sunt variatoarele mecanice. Acestea sunt mecanisme care transmit mişcarea prin fricţiune, de aceea domeniul de utilizare al acestora este limitat la puteri relativ mici, de regulă sub 10 kW. Fiind mecanisme mecanice ce transmit mişcarea prin fricţiune, rapoartele de transfer se pot schimba sub sarcină, prin modificarea razelor de contact ale celor două elemente: conducator sau/şi condus. Variatoarele la care se modifică doar una din razele de contact sunt variatoare mono (sau fără element intermediar) iar cele la care se modifică atât raza elementului conducător cât şi raza elementului condus sunt variatoare duo (sau cu element intermediar).

După forma elementelor constructive, variatoarele mecanice pot fi de mai multe tipuri, fiecare tip constructiv cu un domeniu mai larg sau mai restrâns de utilizare.

103

Astfel, din categoria variatoarelor tip mono, fară element intermediar, se pot enumera: - variatoare cu discuri plane şi rolă plană; - variatoare cu disc plan şi rolă conică; - variator cu con şi inel de fricţiune. Din categoria variatoarelor mecanice tip duo, cu element intermediar, se pot evidenţia

cele cu element intermediar rigid şi elastic. a) Variatoarele cu element intermediar rigid sunt: - variatoare cu roţi conice şi rolă intermediară; - variatoare cu roţi toroidale şi disc; - variatoare cu conuri şi inel rigid. b) Variatoare cu element intermediar flexibil: - variatoare cu rolă conică şi curea trapezoidală (variator simplu, cu un singur con); - variatoare cu role conice şi curea trapezoidală (cu două conuri). Fiecare tip constructiv prezintă o serie de avantaje şi dezavantaje care limitează - în

general - domeniul lor de utilizare. În principal, variatoarele mono, fară element intermediar, asigură capacităţi de reglare a

turaţiilor mici (CT ≤ 4), randamente scăzute ale transmisiei şi au o uzură neuniformă a elementelor de fricţiune.

Variatoarele duo asigură capacităţi de reglare a turaţiilor mai mari (CT = 6...8). În structura lanţurilor cinematice ale maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului des

utilizate sunt variatoarele mecanice cu role conice şi curea trapezoidală (figura 4.7). La aceste tipuri de variatoare mişcarea se transmite între axele I şi II prin cureaua

trapezoidală 3, care se înfăşoară pe cele două perechi de role conice: rolele conducătoare, 1 - 1', şi rolele conduse, 2 - 2'. Contactul permanent dintre curea şi role este asigurat de către arcurile 4 - 4'. Reglarea turaţiilor la axul de ieşire, II, se poate face în diferite moduri:

- prin variaţia distanţei dintre axele I şi II, cu deplasarea rolelor, 1 - 1', faţă de axul II, după direcţia III (fig.4.7.a);

În acest caz, rapoartele de transfer şi capacitatea de reglare vor fi:

min1

max1

2

max1

min2

max1max

2

min1

max2

min1min

;DDC

DD

DDi

DD

DDi

T

T

T

=

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

==

== (4.19.)

- prin deplasarea axială, simultană, a rolelor 1', (de pe axul I) şi 2 (de pe axul II), după direcţia III şi III' (fig.4.7.b). În acest ultim caz (fig.4.7.b), rola 1', de pe axul I, se deplasează axial, după direcţia III, prin intermediul unui sistem cu pârghie, 5, acţionat manual, după direcţia IV, iar rola 2, de pe axul II, se deplasează axial după direcţia III', cu ajutorul arcului 4.

În acest caz (şi în alte variante de reglare), rapoartele de transfer şi capacitatea de reglare ale acestor variatoare Duo sunt:

min2

max2

min1

max1

minT

maxTT

min2

max1maxT

max2

min1minT

DD

DD

iiC;

DDi

DDi

⋅==

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

=

= (4.20.)

104

Fig. 4.7. Variatoare cu role conice şi curea trapezoidală

Variatoarele cu role conice şi curea prezintă, pe lângă avantajele generale ale

variatoarelor (modificarea turaţiei în mers, obţinerea oricărei turaţii în intervalul ne min …ne max etc.), şi o serie de avantaje specifice, cum ar fi:

- amortizează şocurile şi vibraţiile; - constituie un element de siguranţă la suprasarcini; - nu necesită o precizie de execuţie ridicată; - întreţinerea este simplă, comodă, iar cureaua (elementul de uzură) se poate înlocui

uşor etc. Domeniul de utilizare al acestor tipuri de variatoare este limitat de: - puteri maxime transmise de 25...40 kW; - turaţii de intrare între 1500...3000 rot/min; - capacităţi de reglare CT ≤ 8.

VI.1.5. Acţionarea şi reglarea pe cale hidraulică a lanţurilor cinematice Creşterea performanţelor tehnice şi a fiabilităţii maşinilor-unelte s-a făcut în strânsă

legătură şi cu extinderea, diversificarea şi perfecţionarea echipamentelor hidraulice ale acestora.

O instalaţie cu acţionare hidraulică (sau hidrostatică) cuprinde un ansamblu de elemente care produc, dirijează şi controlează energia potenţială înmagazinată de un agent purtător de energie şi informaţii, către un element motor care o transformă în energie mecanică. Prin urmare, o instalaţie de acţionare hidrostatică realizează o dublă conversie de energie:

- transformarea energiei mecanice în energie hidrostatică, de către un element generator; - retransformarea energiei hidrostatice în energie mecanică, de către un element

hidraulic motor, rotativ sau liniar. Dubla conversie de energie, mecano-hidro-mecanică, se utilizează cu succes şi în

construcţia maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului atât pentru obţinerea mişcării de rotaţie cât, mai ales, pentru obţinerea mişcării rectilinii-alternative. Utilizarea acţionărilor hidrostatice şi mai ales extinderea acestora a fost impusă de unele caracteristici deosebit de importante ale acestora:

- asigurarea de rapoarte de transfer mari, în condiţiile unor soluţii constructive simple şi fiabile;

- realizarea de viteze de răspuns ridicate; - obţinerea unor momente şi forţe utile mari, la arborele de ieşire;

105

- posibilitatea de integrare a acţionărilor hidrostatice în structura unor sisteme de comandă şi reglare automată a maşinilor-unelte.

Transmisiile volumice se utilizează cu mare eficienţă pentru obţinerea de momente de torsiune de ordinul 100 ...25.000 daN⋅m, la turaţii cuprinse între 10...5000 rot/min şi puteri până la 3.500 kW. Prin apariţia şi extinderea servosistemelor electrohidraulice, utilizate la sistemele de reglare automată ale maşinilor-unelte fără reductor mecanic, s-a ajuns la performanţe deosebit de ridicate.

Astfel, se pot obţine valori ale cuplului motor în domeniul 1...20 daN⋅m iar domeniul de reglare al turaţiilor între 0,1 ...2500 rot/min.

În ceea ce priveşte utilizarea acţionărilor hidrostatice pentru obţinerea mişcării rectilinii-alternative, în ultima perioadă, se observă o reconsiderare a motoarelor hidraulice liniare, prin apariţia unor construcţii şi sisteme de acţionare perfecţionate, cu performanţe ridicate de rigiditate şi stabilitate.

Tendinţa actuală - şi, se pare, cea de perspectivă - este de a utiliza presiuni tot mai mari în sistemele hidraulice, fapt ce conduce la reducerea dimensiunilor şi gabaritelor sistemelor de acţionare.

În concluzie, se poate evidenţia faptul că, extinderea utilizării acţionărilor hidraulice în construcţia maşinilor-unelte este determinată de calităţile echipamentelor hidrostatice, dintre care menţionăm:

- rigiditate statică ridicată în raport cu sarcina, indiferent de lungimea cursei; - viteză ridicată de răspuns; - fiabilitate ridicată; - simplitate constructivă dar şi compactitate; - uşurinţa conexiunii aparaturii electronice de măsurare şi comandă; - lipsa transformatorului mecanic; - uşurinţa reglării continue a vitezei şi mai ales intervalul de reglare foarte mare. VI.1.5.1. Structura sistemelor de acţionare hidraulică Elementele unui sistem de acţionare şi comandă hidrostatică a maşinilor-unelte pentru

prelucrarea lemnului pot fi reprezentate şi evidenţiate ca în figura 4.8. Blocul elementelor de evacuare-întoarcere (fig.4.8), Rz, cuprinde: rezervorul pentru

mediul hidraulic, filtrele şi schimbătorul de căldură (când este cazul) care asigură recircularea uleiului primit prin conductele de evacuare, CR către conductele de aspiraţie, CA.

Echipamentul generator - PH - cuprinde sursele hidrostatice ale sistemului (sursele de presiune) şi este format din una sau mai multe pompe, reversibile sau cu sens unic, cu debit constant sau reglabil.

Echipamentul de distribuţie - DH - asigură conectarea echipamentului generator cu echipamentul de execuţie - MH - sau cu cel de evacuare, în conformitate cu ciclul de lucru.

Echipamentul de comandă al distribuitorului - EC - asigură prelucrarea comenzilor interne, Ci, primite de la veriga de execuţie sau elementul acţionat, VE (printr-un circuit de automatizare) sau externe, Ce (comandă manuală). În funcţie de comenzile primite şi tipul distribuitorului, acesta poate asigura realizarea ciclului de lucru dorit prin dirijarea corespunzătoare a mediului hidraulic spre elementul de execuţie, MH.

Echipamentul de reglare - DR - stabileşte condiţiile de funcţionare ale elementului de execuţie - MH - corespunzător regimurilor de prelucrare - Rp - ale maşinilor-unelte respective. În cazurile în care echipamentul generator este reglabil (pompă cu debit variabil) atunci echipamentul de reglare poate să lipsească, mediul hidraulic sub presiune fiind dirijat de către echipametul de distribuţie direct la echipamentul de execuţie.

106

Fig. 4.8. Structura sistemelor de acţionare hidraulică

Echipamentul hidrostatic de execuţie - MH - este format din motorul (sau motoarele)

hidraulice care au rolul de a transforma energia hidraulică a mediului hidraulic (uleiul) în energie mecanică. Motoarele hidraulice pot fi: rotative sau liniare, acţionând, după caz, un arbore port-sculă (AP), respectiv un suport al capului de lucru, sau o masă (MS).

Elementele acţionate ale sistemului hidraulic sau veriga de execuţie - VE - a lanţului cinematic cu acţionare hidraulică pot fi:

- elemente acţionate pentru mişcarea de rotaţie - de regulă un arbore port-sculă; - elemente acţionate pentru mişcarea rectilinie - de regulă un suport al capului de lucru,

o masă cu piesa de lemn fixată pe ea etc. Pentru elementele acţionate destinate realizării mişcării de rotaţie, din calculul

regimului de lucru sunt stabilite viteza (respectiv turaţia, ns) şi momentul de torsiune, Mt. Pentru elementele acţionate destinate realizării mişcării liniare (rectilinii alternative, de

regulă) sunt stabilite, din calculul regimului de lucru, viteza de deplasare, u şi forţa rezistentă pe direcţia mişcării, F. De asemenea, când este cazul, se determină şi intervalul de reglare a turaţiei sculei, ns min …ns max şi a vitezei de avans umin…umax.

Determinarea acestor mărimi se face similar ca în cazul lanţurilor cinematice cu reglare mecanică. Structura unui lanţ cinematic cu acţionare hidraulică prezentată în figura 4.8, este o structură generală. Ea poate fi particularizată şi adoptată pentru fiecare caz în parte, funcţie de cerinţele regimului de lucru sau ale ciclului de lucru la maşina respectivă.

VI.1.5.2. Mediul hidraulic şi principalele lui caracteristici Mediul hidraulic - suport pentru transferul energetic de la generator la motor -asigură,

prin calităţile şi caracteristicile sale, buna funcţionare şi randamente ridicate ale acţionărilor hidraulice ale maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului, la regimuri termice normale de funcţionare (20 ...800 C).

Condiţiile impuse mediului hidraulic în acţionarea maşinilor-unelte sunt satisfăcute cel mai bine de uleiurile minerale, putându-se folosi şi uleiuri sintetice, din polimeri ai oxidului de siliciu sau compuşi pe baza de esteri.

Folosirea altor lichide şi mai ales a apei este limitată (dacă nu exclusă în totalitate) de faptul că apa are proprietăţi de lubrifiere reduse (cauzează chiar ruginirea elementelor mecanice cu care vine în contact), absoarbe aer mai mult decât uleiul şi îngheaţă la

107

temperaturi sub 0°C. În anumite situaţii, apa se poate folosi în amestec cu uleiul, sub forma unor emulsii cu 10...12% ulei.

La alegerea mediului hidraulic trebuie să se aibă în vedere faptul că acesta lucrează timp îndelungat la viteze, presiuni şi uneori temperaturi relativ mari. De aceea, el trebuie să îndepliească următoarele condiţii:

⇒ să prezinte proprietăţi de lubrifiere bune; ⇒ să nu degajeze vapori la temperaturile de lucru; ⇒ să aibă o bună stabilitate fizică şi chimică; ⇒ să nu conţină impurităţi mecanice; ⇒ să nu fie nociv, să nu spumeze sau să corodeze etc. Faţă de aceste cerinţe, uzual se folosesc uleiurile speciale româneşti, din grupa H -STAS

9506-84. Acestea se folosesc pentru condiţii de lucru cu solicitări uşoare, respectiv presiuni de lucru maxime de 50 daN/cm3.

Principalele caracteristici ale acestor uleiuri sunt: ⇒ densitatea relativă la 15°C variază între 0,890...0,915 g/cm3; ⇒ vâscozitatea cinematică la 50°C, între 19 ...230 cSt; ⇒ vâscozitatea convenţionălă la 50°C, între 2,8 ...300E. Pentru regimuri de lucru cu presiuni mai mari se recomandă uleiurile minerale aditive -

SR 9691-1994, cu următoarele caracteristici: - densitatea la 15°C, între 0,900 ...0,905 g/cm3; - vâscozitate cinematică la 50°C, între 12 ...40 cSt; - vâscozitate convenţională la 50°C, între 2 ...50E. În general, pentru a avea pierderi mici de presiune şi volumetrice, pentru presiuni de

lucru mici şi viteze de circulaţie a uleiului mari (cazul maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului) se recomandă uleiuri cu vâscozitate convenţională redusă, respectiv 2...50E. Din această categorie fac parte uleiurile aditive H 12, H 20, H 30 şi uleiurile minerale din grupa H, uleiul H 19.

VI.1.5.3. Parametrii transferului energetic în acţionarea hidraulică Ecuaţiile generale ale mişcării unui fluid sunt cele cunoscute de la mecanica fluidelor. Mediul hidraulic vehiculat în circuitele hidraulice - uleiul mineral - trebuie să asigure la

elementul de execuţie o forţă sau un moment de torsiune (cuplu) necesar realizării mişcărilor de rotaţie sau liniare, respectiv viteze de rotaţie sau viteze de avans, rezultând, deci, o anumită putere de lucru.

Analiza ecuaţiei energiei, cunoscută şi sub denumirea de ecuaţia lui Bernoulli, pentru un circuit hidraulic, conduce la concluzia că, oricare ar fi destinaţia circuitului hidraulic, principiul său de funcţionare se bazează pe transmiterea energiei de presiune (energia hidrostatică), obţinută în echipamentul generator (pompa) la echipamentul de execuţie (motorul hidraulic).

În figura 4.9 este reprezentată schematic transmiterea energiei de presiune de la pompa PH la motorul hidraulic MH.

Pentru învingerea forţei rezistente – R – la elementul de execuţie - MH - asupra tijei pompei cu piston - PH - trebuie să acţioneze o forţă - F (fig.4.9).

Între secţiunile interioare (sau suprafeţele pistoanelor) S1 - S2 şi cele două forţe, F şi R, trebuie să existe relaţia:

pSR

SF

==21

(4.21.)

108

În camera pompei, cu suprafaţa pistonului S1, presiunea ajunge la valoarea p, autoreglată datorită forţei rezistente, R, uleiul fiind antrenat, cu debitul Q către motorul hidraulic MH, care are suprafaţa activă a pistonului S2.

Fig. 4.9. Schema transmiterii energiei de presiune

Ţinând cont de legea continuităţii în circularea forţată a mediului hidraulic se poate

scrie: QSvSv =⋅=⋅ 2211 (4.22.)

deci: 2

2 SQv = (4.23.)

Din analiza relaţiei (4.23) rezultă posibilităţile de reglare a vitezei organului de lucru (sau a verigii de execuţie):

⇒ reglarea prin varierea debitului, Q; ⇒ reglarea prin cilindree (variaţia secţiunii S2 a motorului hidraulic). Considerând că întreaga energie hidraulică se transformă în energie mecanică, se poate

afla expresia puterii hidraulice cu relaţia: QpvSpvRPP

HMH ⋅=⋅⋅=⋅== 222 (4.24.) unde: PH este puterea în acţionarea hidraulică, în W; p este presiunea mediului hidraulic, în N/m2; Q este debitul de lichid, în m3/s.

Prin urmare, parametrii transferului energetic în acţionarea hidraulică sunt: presiunea, p şi debitul, Q.

Dacă presiunea p, se exprimă în bari, iar debitul Q, în l/min, expresia (4.24) devine:

[ ]CPpQPH 450⋅

= sau [ ]kWpQPH 600⋅

= (4.25.)

Relaţia (4.24) a fost stabilită pentru lichidul ideal, neglijându-se pierderile din circuitul hidraulic. Având în vedere că:

⎪⎩

⎪⎨⎧

>

>

H

H

Mp

Mp

QQ

pp (4.26.)

atunci:

⎪⎩

⎪⎨⎧

Δ+=

Δ+=

QQQ

ppp

H

H

Mp

Mp (4.27.)

unde: pp este presiunea realizată de pompă, pMH este presiunea mediului hidraulic la motor, iar Δp reprezintă pierderile de presiune totale (liniare şi locale). Similar, Qp este debitul de lichid

109

asigurat de pompă, QMH este debitul de lichid ajuns la motorul hidraulic iar ΔQ reprezintă pierderile volumice (sau pierderi de debit).

Pierderile de presiune, Δp, atât cele liniare cât şi cele locale se pot determina prin relaţii de calcul (teoretice sau experimentale) în conformitate cu metodologia prezentată la cursul de Mecanica fluidelor.

În ceea ce priveşte pierderile volumice, ΔQ, este de dorit ca acestea să fie cât mai mici, sau să nu existe. Ele se datoresc uzurii elementelor de etanşare sau a unor elemente de reglare la care, din însăşi funcţionalitatea echipamentului apare o variaţie de debit.

Prin urmare, calculul mărimilor de reglare ale unui sistem de acţionare hidraulică (lanţ cinematic cu acţionare hidraulică) presupune stabilirea domeniului de variaţie a mărimii de ieşire, respectiv v2 min…v2 max, respectiv a raportului de reglare a mărimii de ieşire:

min2

max22 v

vRv = (4.28.)

Pe baza ecuaţiei (4.23) se stabileşte fie Qmin…Qmax, fie S2 min…S2 max, astfel încât:

Qv RR ≤2 sau 2

12

Sv R

R ≤ (4.29.)

unde: RQ reprezintă raportul de reglare al debitului:

min

max

QQ

RQ = (4.30.)

iar RS2 reprezintă raportul de reglare al suprafeţei pistonului motorului hidraulic:

min2

max22 S

SRS = (4.31.)

De regulă, reglarea vitezei elementului acţionat (veriga de execuţie) se face prin reglarea debitului Q, în intervalul necesar.

VI.1.5.4. Elementele sistemelor de acţionare hidraulică Ansamblul circuitelor de acţionare hidrostatică, care realizează mişcările de generare şi

cele auxiliare - fie numai unele dintre acestea - precum şi mişcările de comandă şi automatizare, formează instalaţia hidraulică a unei maşini-unelte pentru prelucrarea lemnului.

Reprezentarea schemei instalaţiei hidraulice se face folosind simboluri convenţionale (sau semne conveţionale), standardizate prin STAS 7145-86. Dintre acestea, cele mai uzuale semne convenţionale utilizate în reprezentarea instalaţiilor hidraulice sunt prezentate în tabelul 4.1.

Tabelul 4.1. Semne convenţionale utilizate în reprezentarea acţionărilor hidraulice

(STAS 7145 - 86)

Nr. crt. Denumire Explicaţii şi indicaţii utilizate Semn convenţional

1. Semne convenţionale funcţionale

1.1. Triunghi echilateral Natura şi sensul curentului de fluid

1.2. 1.2.1.

Săgeată - sens de deplasare

110

1.2.2. - sens de rotaţie

2. Transformarea energiei 2.1. Pompe 2.1.1. 2.1.1.1. 2.1.1.2.

Pompă cu cilindree fixă - sens unic de curgere a fluidului - două sensuri de curgere a fluidului

2.1.2. 2.1.2.1. 2.1.2.2.

Pompă cu cilindree variabilă

- sens unic de curgere a fluidului - două sensuri de curgere a fluidului

2.2. Motoare rotative 2.2.1. 2.2.1.1. 2.2.1.2.

Motor cu cilindree fixă - sens unic de curgere a fluidului - două sensuri de curgere a fluidului

2.2.2. 2.2.2.1. 2.2.2.2.

Motor cu cilindree variabilă - sens unic de curgere a fluidului - două sensuri de curgere a fluidului

2.3. Variator hidraulic

2.4. Cilindri 2.4.1. 2.4.1.1. 2.4.1.1.1. 2.4.1.1.2.

Cilindri cu simplă acţiune Cilindri cu piston Simbolul general Cilindru cu resort

Se utilizează atunci când nu se precizează mijlocul prin care se realizează cursa de revenire

2.4.2. 2.4.2.1. 2.4.2.2.

Cilindri cu dublă acţiune Cilindru cu tijă unilaterală Cilindru cu tijă bilaterală

2.4.3. Cilindrii telescopici

111

2.4.3.1. 2.4.3.2.

- cu simplă acţiune - cu dublă acţiune

3.

Distribuţia şi reglarea energiei

3.1. Distribuitoare 3.1.1. Distribuitoare 2/2 Distribuitoare cu

două orificii şi două poziţii distincte de lucru

3.1.2. Distribuitoare 3/2 Distribuitoare cu trei orificii şi două poziţii distincte de lucru

3.1.3. Distribuitoare 4/2 Distribuitoare cu

patru orificii şi două poziţii distincte de lucru

3.1.4. Distribuitoare 5/2 Distribuitoare cu

cinci orificii şi două poziţii distincte de lucru

3.1.5. Distribuitoare 4/3 Distribuitoare cu

patru orificii şi trei poziţii distincte de lucru

3.1.6. Distribuitoare 5/3 Distribuitoare cu cinci orificii şi trei poziţii distincte de lucru

3.1.7. Distribuitoare cu comandă directă

De exemplu comandă electrică prin intermediul unui electromagnet care acţionează direct asupra elementului mobil

3.2.

Supape

3.2.1. 3.2.1.1. 3.2.1.1.1. 3.2.1.1.2.

Supape de sens Supape de sens unic - fără arc de revenire - cu arc de revenire

3.3.

Reglarea presiunii

3.3.1. Semn de bază

112

3.3.1.1. 3.3.1.1.1. 3.3.1.1.2. 3.3.1.2. 3.3.1.2.1. 3.3.1.2.2.

- supape normal închise - supape normal deschise

- cu o restricţie - cu două restricţii - cu o restricţie - cu două restricţii

3.3.2. 3.3.2.1.

Supape de siguranţă - directe

3.4. Reglarea debitului 3.4.1. 3.4.1.1.

Drosel Drosel cu supapă de ocolire

- reglabil

4. Elemente de condiţionare şi

transfer

4.1. 4.1.1. 4.2.

Filtru Sorb Rezervoare

Semn general Semn general

5. Conducte, orificii,

racorduri

5.1. 5.1.1. 5.1.2. 5.1.3.

Conducte rigide Conducte de alimentare, aspiraţie, retur, de lucru Conducte de comandă Conducte de drenaj, purjare

5.2. Surse de presiune - hidraulică 6. Comenzi 6.1. 6.1.1.

Comandă manuală Semn general

- fără indicarea sistemului de realizare

6.2. 6.2.1.

Comandă mecanică - cu arc

6.3. 6.3.1.

Comandă electrică - cu electromagnet cu simplă acţiune

7. Aparate de măsură

7.1. Manometru

Pentru realizarea unei prezentări cât mai detaliate a elementelor sistemelor de acţionare

hidraulică şi înţelegerea marii varietăţi a acestor elemente, este necesară o clasificare a acestora. Pentru aceasta s-au avut în vedere următoarele criterii: modul de circulaţie al

113

mediului hidraulic (uleiul); modul de reglare al vitezei elementului de execuţie; modul de distribuţie a energiei hidrostatice (fig.4.10).

Fig. 4.10. Clasificarea sistemelor de acţionare hidraulică

Sistemele de acţionare hidraulică cu circuite deschise (fig.4.11.a) sunt acele sisteme

la care uleiul este aspirat din rezervor de către pompă - PH - şi refulat spre motorul hidraulic - MH - după care revine în rezervorul, Rz. Prezenţa rezervorului în circuit favorizează răcirea uleiului, dar măreşte posibilitatea de aspiraţie a aerului (amestec cu aer) şi mai ales de poluare (îmbâcsire a uleiului cu praf, aşchii etc.).

Sistemele de acţionare hidraulică cu circuit închis (fig.4.11.b) elimină dezavantajele primei categorii, dar ele pot fi utilizate numai când cantitatea de ulei din circuit este mică. De asemenea, în cazul acestor sisteme este necesară prezenţa unor circuite de compensare a pierderilor volumice şi a unor schimbătoare de căldură (pentru menţinerea temperaturii de lucru a uleiului). Deci, mai uzuale sunt sistemele cu circuit deschis.

a) b) Fig. 4.11. Sisteme de acţionare hidraulică

Un astfel de sistem de acţionare hidraulică, cu circuit deschis, cu pompă cu debit

constant şi reglare prin drosel a vitezei organului de execuţie este prezentat în figura 4.12. Uleiul este aspirat de către pompa cu debit constant, PH, prin intermediul filtrului F, din

rezervorul Rz şi refulat spre distribiutorul hidraulic DH. Acţionarea distribuitorului este manuală, m, iar revenirea se face cu arc, a. Pentru

realizarea cursei de revenire, u', de la distribuitorul uleiul este dirijat direct la motorul hidraulic, MH, care acţionează veriga de execuţie, VE sau organul de lucru acţionat, în mişcare rectilinie, după direcţia u'. Prin acţionarea manuală (cu o manetă, pedală etc), m, distribuitorul dirijează uleiul prin droselul Dr, la motorul hidraulic MH, pentru realizarea cursei de lucru, cu viteza u. Supapa de presiune Sp este o supapă maximală şi asigură reântoarcerea în rezervor a diferenţei de debit care nu trece prin drosel.

114

Fig. 4.12. Sistem de acţionare hidraulică, deschis, cu

pompă cu debit constant şi reglare prin drosel Reglarea vitezei organului acţionat prin utilizarea de pompe cu debit variabil este o

soluţie tehnică des întâlnită în cazul variatoarelor hidraulice de turaţie (fig. 4.13). Variatoarele hidraulice de turaţie sunt sisteme de acţionare hidrostatice pentru mişcarea

de rotaţie, realizate pe principiul circuitelor hidraulice închise (vezi fig.4.11.b). Variaţia vitezei (turaţiei) motorului hidraulic este proporţională cu debitul de lichid ce intră în motor şi invers proporţională cu cilindreea motorului. Schema prezentată în figura 4.13. reprezintă structura unui circuit hidrostatic pentru realizarea unei mişcări de rotaţie la care variaţia turaţiei motorului hidraulic, MH, şi inversarea sensului de mişcare se realizează cu ajutorul pompei, PH.

Pompa cu debit variabil, PH, refulează lichidul spre motorul hidraulic, MH, prin una din ramurile 1 - 1 sau 2 - 2, cu un debit reglabil cu ajutorul unui servomecanism de reglare a debitului pompei şi a sensului de refulare.

Pentru limitarea presiunii, în scop de sigurantă, în circuitul hidraulic sunt introduse două supape de presiune, Sp1 şi Sp2, care, la o anumită presiune (presiunea maximă necesară în sistem) permit trecerea parţială a debitului de ulei din conducta de refulare în cea de aspiraţie.

Pentru compensarea pierderilor volumice de ulei din circuitul principal, la aceste tipuri de variatoare hidraulice există un circuit de compensare, alimentat de o pompă cu debit constant, Pc. Dacă presiunea din conducta de aspiraţie a circuitului principal scade sub o anumită valoare, p2, reglată prin supapa de presiune Sm2, atunci, prin una din supapele de sens unic, Ss1 sau Ss2, uleiul de compensare este adăugat în circuitul principal. Se limitează, astfel, presiunile din circuitul principal, la valorile: p1 în conducta de refulare şi p2 în conducta de aspiraţie (p1 > p2).

Fig. 4.13. Variatoare hidraulice de turaţie

115

Pentru mărirea raportului de reglare a turaţiilor motorul hidraulic în intervalul

umin…umax, se pot utiliza soluţii mixte de reglare: reglarea debitului pompei, PH şi reglarea cilindreei motorului hidraulic, MH.

Prin urmare, deşi se pot evidenţia şi prezenta şi alte elemente componente ale sistemului de acţionare hidraulică, principalele elemente componente ale acestora sunt: pompele, motoarele hidraulice, aparatajul de distribuţie, reglare şi comandă.

Analiza detaliată, constructivă şi funcţională a acestor elemente este prezentată în cadrul cursului de Mecanica fluidelor şi Acţionări hidraulice şi pneumatice. De aceea, în continuare se va face doar o prezentare sumară a acestora.

Pompele hidrostatice - sunt generatoarele de presiune şi debit în acţionările hidraulice, ele asigurând transformarea energiei mecanice (primită de la un motor electric) în energie hidrostatică. Ele trebuie să îndeplinească următoarele condiţii:

⇒ să asigure debite relativ mici, între 10 ...100 l/min, sau chiar foarte mici, în unele situaţii (sub 1 l/min);

⇒ să realizeze presiuni în limitele 15... 100 daN/cm2; ⇒ să permită inversarea sensului de circulaţie a lichidului şi reglarea debitului de

lichid, în anumite situaţii. Aceste cerinţe sunt satisfăcute de către pompele cu debit constant şi de cele cu debit

variabil (reglabil). Din categoria pompelor cu debit constant amintim: pompele cu roţi dinţate, pompe cu

şurub, pompe cu palete cu dublă acţiune, pompe cu pistonaşe şi supape etc. Acestea asigură debite de lichid cuprinse între 2...175 l/min şi presiuni cuprinse între 25...300 daN/cm2.

Din grupa pompelor cu debit variabil (reglabil) amintim: pompele cu pistonaşe axiale, pompe cu pistonaşe radiale şi pompe cu palete. Aceste pompe pot asigura debite între 1...300 l/min şi presiuni de lucru între 20...300 daN/cm2.

Caracteristica de bază a pompelor o reprezintă debitul, adică cantitatea de lichid refulată de pompă în unitatea de timp. Debitul, Q, se determină cu relaţia:

mnqQ ⋅= [l/min] (4.32.) unde: q este debitul specific al pompei, în l/rot, iar nm este turaţia motorului care antrenează pompa, în rot/min.

În proiectarea şi realizarea sistemelor hidraulice, alegerea pompelor necesare sistemelor respective este o operaţie deosebit de importantă, care trebuie să ia în consideraţie o serie de cerinţe, cum ar fi:

⇒ natura mişcării elementului acţionat (continuă sau discontinuă); ⇒ viteza de deplasare a organului acţionat; ⇒ mărimea forţelor şi momentelor rezistente care determină presiunea de lucru din

sistem. În raport cu aceste cerinţe, se pot stabili o serie de criterii pentru alegerea pompelor, dar

numai cu caracter informativ. Astfel, la unele maşini-unelte pentru prelucrarea lemnului care lucrează cu viteze mici şi

forţe mari (cazul gaterelor etc.), se recomandă utilizarea de pompe cu pistonaşe şi supape sau pompe cu roţi dinţate de înaltă presiune (60 ...70 daN/cm2), cu reglarea debitului prin drosel.

La maşinile-unelte care lucrează cu viteze mari şi forţe mari (unele deruloare, ferăstraie panglică de tăiat buşteni etc.), se recomandă folosirea de pompe cu debit variabil, în sisteme cu circuite închise.

La maşinile care lucrează cu viteze mari sau medii, dar cu forţe mici (cele mai uzuale situaţii la maşinile-unelte pentru prelucrarea lemnului), se recomandă folosirea de pompe cu

116

roţi dinţate sau palete, cu reglare prin drosel (folosite pentru acţionarea lanţurilor cinematice de avans sau auxiliare).

Motoarele hidrostatice - asigură transformarea energiei hidrostatice în energie mecanică.

Principalele caracteristici pe care trebuie să le îndeplinească motoarele hidrostatice sunt: ⇒ să poată asigura uşor variaţia continuă a vitezei de lucru; ⇒ să poată asigura inversarea sensului de mişcare; ⇒ să permită intervale mari de reglare a vitezei de lucru. Motoarele hidraulice se diferenţiază după natura mişcării organului acţionat (sau a

verigii de execuţie), prezentând deosebiri esenţiale atât funcţionale cât şi constructive. După acest criteriu, motoarele hidraulice se împart în: motoare hidraulice rotative,

motoare hidraulice pentru mişcări rectilinii şi motoare hidraulice circular-alternative (oscilante).

Motoarele hidraulice rotative - furnizează la arborele motor o mişcare de rotaţie continuă, intermitentă sau oscilantă, având cilindree constantă sau reglabilă.

Potrivit principiului reversibilităţii (transformării) energiei, orice pompă poate funcţiona şi ca motor rotativ. Se întâlnesc însă şi motoare rotative speciale, care funcţionează la turaţii joase şi stabile.

Motoarele hidraulice liniare - pentru mişcarea rectilinie, sunt de tipul cilindru-piston, au o construcţie simplă şi o largă utilitate atât pentru acţionarea lanţurilor cinematice de avans cât şi a lanţurilor cinematice auxiliare.

Diferenţierea motoarelor hidrostatice liniare se face după criterii funcţionale şi constructive. Astfel, ele pot fi cu simplă sau dublă acţiune, cu tijă unilaterală sau bilaterală etc.

În funcţie de necesităţile constructive, organul acţionat (veriga de execuţie) poate fi legat de tija motorului (cilindrul este fix) sau de cilindru (tija este fixă).

Calculul cinematic şi de rezistenţă al motoarelor hidraulice se face după metodologia cunoscută şi prezentată în cursul de Acţionări hidraulice şi pneumatice.

Aparatajul hidrostatic de distribuţie, reglare şi control - asigură variaţia controlată a poziţiei, vitezei şi acceleraţiei organului de lucru în sistemele hidrostatice ale maşinilor-unelte.

Aparatajul hidrostatic de distribuţie - asigură conectarea - deconectarea şi inversarea sensului de refulare a mediului hidraulic, deci asigură funcţia de distribuţie a sistemului.

Aparatajul de distribuţie este reprezentat de distribuitoare, realizate într-o mare varietate funcţională şi constructivă, cum ar fi: distribuitoare rotative (cu cep); distribuitoare cu sertăraşe; cu supape, cu clapetă, cu divizare de debit etc. Acţionarea acestor distribuitoare se poate face manual, electro-magnetic, cu arcuri, hidraulic sau diverse combinaţii ale acestora.

Aparatajul de reglare şi control este destinat reglării debitelor şi a presiunilor de lucru în sistemele de acţionare hidraulice.

Reglarea debitelor se poate face pe cale volumică (prin reglarea debitului pompei), reglare care permite ca puterea dezvoltată de motorul hidraulic să fie proporţională cu debitul la sarcini constante, sau pe cale rezistivă (prin drosel).

Reglarea volumică este recomandată pentru acţionarea motoarelor hidraulice cu cuplu (sau forţă) rezistent mare.

Reglarea rezistivă, prin drosel, are o răspândire mai largă datorită simplităţii montajului şi a aparatajului ieftin. În acest caz, elementul de bază, droselul, este de fapt o rezistenţă locală ce admite debite variabile cu secţiunea sa de trecere la aceeaşi diferenţă de presiune. Principiul de funcţionare al reglării debitului prin drosel se bazează pe variaţia rezistenţei hidraulice prin varierea secţiunii de strangulare a debitului de fluid. Pentru ca droselul să fie eficace, se impune condiţia ca rezistenţa locală a droselului să fie mai mare decât rezistenţele

117

liniare ale circuitului, rezultând o viteza a uleiului prin drosel de 9... 10 ori mai mare decât în conducte.

Droselele se construiesc într-o mare varietate constructivă, putându-se întâlni, atât ca elemente distincte în structura sistemelor hidraulice, cât şi în asociere cu diverse supape de reducţie, formând împreună regulatorul de debit. Acestea se folosesc pentru stabilizarea vitezei de lucru a motoarelor hidraulice la variaţiile de sarcină.

Reglarea presiunii în sistemele de acţionare hidraulice se referă, de fapt, la limitarea presiunii în sistem, la o valoare necesară; la reducerea presiunii pe anumite porţiuni ale sistemului hidraulic; la menţinerea constantă a presiunii sau a diferenţei de presiune oricare ar fi variaţia sarcinii (forţa sau cuplul rezistent). De asemenea, reglarea presiunii - în multe situaţii - este necesară ca element de siguranţă a sistemului.

Reglarea presiunii mediului hidraulic - oricare ar fi scopul ei - se face cu ajutorul supapelor. Rolul funcţional al supapelor este dat de forma lor constructivă, de modul lor de amplasare în circuit şi de modul de comandă.

După forma constructivă, supapele pot fi: ⇒ supape normal închise - la care uleiul nu trece prin supapă în poziţia neactivată sau

la o presiune inferioară celei reglate; ⇒ supape normal deschise - la care uleiul trece prin supapă în poziţia neacţionată, ea

închizându-se numai la o anumită valoare a presiunii. După modul de amplasare, supapele pot fi: ⇒ supape de siguranţă - funcţionează episodic (intermitent); ⇒ supape de presiune maximă - funcţionează permanent, stabilind şi menţinând o

anumită valoare a presiunii în sistemele ce lucrează cu presiune constantă; ⇒ supape de reducţie, reţinere şi contrapresiune; ⇒ supape de succesiune, de descărcare etc. După modul de comandă supapele pot fi: ⇒ cu comandă directă (manuală sau mecanică); ⇒ cu comandă pilotată, prin intermediul unui element secundar, care comandă

elementul primar. Sistemele de acţionare hidraulică ale maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului mai

conţin şi alte elemente, incluse în categoria aparatajului auxiliar. Din această grupă de elemente ale sistemelor hidrostatice fac parte: conductele, filtrele, rezervoarele, schimbătoarele de căldură etc.

Conductele - flexibile sau rigide - au rolul de a asigura legătura dintre diversele elemente ale sistemului hidraulic.

Filtrele - au rolul de a curăţa mediul hidraulic de impurităţile ce pot aparea în el în timpul funcţionării maşinii. Ele se montează în interiorul rezervoarelor, atât pe conducta de aspiraţie cât - mai avantajos - pe conducta de retur (de întoarcere) în rezervor.

Rezervoarele - sunt elementele care asigură cantitatea de mediu hidraulic necesară funcţionării sistemului hidraulic. Ele trebuie să aibă o capacitate utilă de 5...10 ori mai mare decât debitul pompei.

Toate elementele sistemelor hidraulice de acţionare a lanţurilor cinematice prezentate sunt evidenţiate, prin semnele convenţionale corespunzătoare, în tabelul 4.1 (în mod selectiv).

118

VI.1.6. Test de evaluare a cunoştinţelor 1. Completaţi spaţiile libere pentru a definii noţiunea de mărimi de reglare: Mărimile de reglare ale oricărui lanţ cinematic sunt: ................................................................................... .................................................................................... 2. Prezentaţi mecanismele cu roţi dinţate baladoare. 3. Prezentaţi variatorul mecanic continuu duo cu element intermediar

flexibil.

119

Unitatea de învăţare VII.1. Acţionarea şi reglarea pe cale

pneumatică şi electrică.

Cuprins

VII.1.1. Introducere..................................................................................................... 119 VII.1.2. Competenţe.................................................................................................... 119 VII.1.3. Acţionarea şi reglarea pe cale pneumatică a lanţurilor cinematice ............... 119

VII.1.3.1. Structura sistemelor de acţionare pneumatică .................................. 120 VII.1.4. Acţionarea şi reglarea pe cale electrică a lanţurilor cinematice.................... 123

VII.1.4.1. Reglarea turaţiei motoarelor electrice asincrone .............................. 123 VII.1.4.2. Reglarea turaţiei motoarelor electrice de curent continuu................ 127 VII.1.4.3. Aparate electrice ale sistemelor de acţionare şi comandă ale maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului.................................................................... 130

VII.1.5. Test de evaluare............................................................................................. 134

VII.1.1. Introducere Această unitate de învăţare este destinată învăţării de către studenţi a noţiunilor

legate de sisteme de acţionare pneumatice şi electrice.

VII.1.2. Competenţe După parcurgerea acestei unităţi de învăţare, studentul va fi capabil să:

● reprezinte cu ajutorul semnelor convenţionale structura unui sistem de acţionare şi reglare pneumatică a lanţurilor cinematice; ● descrie modalităţile de acţionare şi reglare a motoarelor electrice de curent alternativ şi continuu; ● descrie competenţele unui sistem de acţionare şi reglare pneumatică a lanţurilor cinematice.

Durata medie de parcurgere a acestei unităţi de învăţare este de 3 ore.

VII.1.3. Acţionarea şi reglarea pe cale pneumatică a lanţurilor cinematice Utilizarea pe scară tot mai largă a acţionărilor pneumatice ca mijloc de mecanizare şi

automatizare a proceselor tehnologice din industria lemnului, dar mai ales la îmbunătăţirea structurii cinematice şi funcţionale a maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului, se datorează avantajelor pe care le prezintă acestea.

120

Faţă de celelalte tipuri de acţionări, principalele avantaje ale acţionărilor pneumatice sunt: greutate redusă, supraîncărcarea fără pericol de avarii, întreţinere uşoară, posibilităţi de reglare mari în intervale largi de reglare, pericol de accidentare redus şi, nu în ultimul rând, lipsa de poluare a mediului în care lucrează.

În cazul acţionărilor pneumatice, deosebit de important este faptul că alimentarea cu energie pneumatică a consumatorilor este comodă, iar existenţa unei reţele pneumatice în întreprinderile sau secţiile de producţie oferă posibilitatea alimentării raţionale cu aer comprimat a tuturor instalaţiilor pneumatice.

Specific acţionărilor pneumatice este faptul că presiunea aerului comprimat este limitată la 6 daN/cm2 (0,6 MPa) iar viteza aerului comprimat în conductele de transport variază între 6...20 m/s. De asemenea, existenţa unei staţii centrale unice, de producere a aerului comprimat (staţia de compresoare), asigură posibilitatea distribuirii acestuia la un număr foarte mare de consumatori.

Spre deosebire de acţionările hidraulice, acţionarea pneumatică este utilizată aproape în exclusivitate numai pentru realizarea mişcărilor de avans şi auxiliare, iar ca formă de mişcare, numai pentru mişcări rectilinii-alternative. Utilizarea acţionărilor pneumatice la obţinerea mişcărilor de rotaţie şi în structura lanţurilor cinematice de tăiere este limitată de presiunea scăzută a aerului comprimat (max. 0,6 MPa), deci cuplul motor (sau momentul motor al motorului rotativ) posibil de realizat de un motor rotativ este mic.

VII.1.3.1. Structura sistemelor de acţionare pneumatică Structura unui sistem de actionare pneumatică este prezentată în figura 4.14. Sursa de presiune pneumatică (S.P.P.) este reprezentată fie de o staţie centralizată,

unică, fie de un compresor mobil, propriu fiecărei instalaţii. În majoritatea cazurilor întreprinderile industriale au staţii proprii, centralizate, de

compresoare, ca sursă unică de aer comprimat şi reţele de distribuţie a acestuia prin conducte. Compresorul este o maşină de lucru care asigură transformarea energiei mecanice în

energie pneumatică prin reducerea volumului specific al aerului şi mărirea presiunii. Sursa de presiune pneumatică, în cele mai multe cazuri, este reprezentată, pe lângă

compresor şi de alte componente, cum ar fi: - rezervoarele de aer comprimat; - filtre de aer; - amortizoare fonice; - reţeaua de conducte de distribuţie.

Fig. 4.14. Structura sistemelor de acţionare

pneumatică

121

Rezervoarele sunt elemente care înmagazinează o cantitate de aer comprimat fie la staţia centalizată de compresoare fie la utilizator, aşa-zisele rezervoare tampon (sau locale).

Scopul înmagazinării aerului comprimat este acela de a permite o alimentare uniformă a consumatorilor din reţea şi de a se evita căderi mari de presiune pe conductele reţelei. De asemenea, existenţa rezervoarelor de aer comprimat permite oprirea periodică a funcţionării compresorului atunci când consumul de aer comprimat este scăzut la utilizator.

Un rol deloc de neglijat al rezervoarelor de aer comprimat este acela de a elimina umiditatea din aer prin condensarea vaporilor de apă în rezervor.

Filtrele de aer sunt elementele pneumatice cu rol de reţinere a prafului şi a altor particule aflate în suspensie în aerul comprimat la intrarea acestuia în instalaţie.

Amortizoarele fonice sunt elemente care au rolul de a amortiza zgomotele provocate de evacuarea aerului sub tensiune din instalaţie.

Reţeaua conductelor de distribuţie a aerului comprimat este formată din conducte metalice care asigură transportul aerului comprimat la consumatori (utilizatori).

Grupul de preparare a aerului - G.P.A. este format din elemente pneumatice care au rolul de a asigura modificarea stării fizice a aerului comprimat, primit de la staţia de compresoare, în scopul obţinerii unui mediu de lucru care să garanteze instalaţiei de acţionare pneumatică condiţii optime de utilizare. Acest grup de preparare a aerului se află montat la intrarea în fiecare instalaţie de acţionare pneumatică şi este format din filtre de aer (sau separatoare de impurităţi solide şi apă), ungătoarele de aer comprimat (sau lubrificatoarele), regulatoarele de presiune şi un manometru de presiune.

Echipamentul de distribuţie - D.P. este reprezentat de distribuitoarele de aer comprimat care sunt - funcţional şi constructiv - asemănătoare cu cele hidraulice. Acestea asigură dirijarea aerului comprimat spre motorul pneumatic şi evacuarea în atmosferă, (E.At), a acestuia de la motorul pneumatic, M.P.

Echipamentul de comandă al distribuitorului - EC asigură atât prelucrarea comenzilor interne, ci, primite de la veriga de execuţie, VE (sau elementul acţionat), printr-un circuit de automatizare, cât şi a comenzilor externe, ce. Acestea pot fi comenzi manuale sau mecanice.

În funcţie de comenzile primite şi tipul distribuitorului, DP, acesta poate asigura realizarea ciclului de lucru dorit prin dirijarea corespunzătoare a aerului comprimat spre motorul pneumatic, MP.

Echipamentul de reglare - DR este asigurat de regulatoarele de debit sau drosele, care

asigură reglarea debitului de aer şi deci reglarea vitezei elementului de execuţie şi de regulatoarele de presiune, care asigură reducerea presiunii aerului comprimat şi menţinerea constantă a acesteia, independent de variaţia presiunii de la intrare şi debitul de aer comprimat.

Elementul pneumatic de execuţie, sau motorul pneumatic, MP, este format - în cele mai multe cazuri - dintr-un motor pneumatic liniar, de tip cilindru-piston sau cu membrană.

Veriga de execuţie sau organul acţionat al lanţului cinematic de avans sau auxiliar, cu acţionare pneumatică, este reprezentată de un subansamblu mobil al maşinii-unelte, cum ar fi: masa maşinii, suport al mesei sau al capului de lucru, tampon pentru fixarea pieselor pe masa maşinii etc.

Structura sistemelor de acţionare pneumatică prezentată în figura 4.14, este o structură generală, ea se poate particulariza pentru fiecare caz în parte.

Reprezentarea grafică a schemelor acţionărilor pneumatice se face cu ajutorul unor simboluri sau semne convenţionale (vezi fig.3.26), standardizate prin STAS 7145-86. Cele mai uzuale dintre aceste semne convenţionale sunt prezentate în tabelul 4.2.

122

Prezentarea variantelor constructive a elementelor acţionărilor pneumatice şi a calculului acestora s-a realizat în cadrul cursului de Acţionări hidraulice şi pneumatice.

De menţionat doar faptul că, din punct de vedere al elementelor de reglare, se menţionează numai reglarea vitezei elementului de execuţie (şi deci şi a vitezei elementului acţionat) prin drosel. Acesta asigură reglarea debitului aerului comprimat în intervalul Qmin...Qmax .Viteza elementului de execuţie va fi:

min]/m[

SQu

SQu

maxmax

minmin

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

=

= (4.33.)

unde: S este secţiunea pistonului (sau secţiunea interioară a cilindrului cu piston), în m2. În figura 3.26 este prezentat un exemplu de lanţ cinematic de avans cu acţionare

pneumatică iar în figura 3.30 un exemplu de realizare concomitentă (şi de sincronizare a lor) a mişcării de avans şi a mişcării auxiliare de fixare pe cale pneumatică.

Tabelul 4.2.

Semne convenţionale utilizate în prezentarea acţionărilor pneumatice (STAS 7145-86)

Nr. crt. Denumire Explicaţii şi indicaţii de utilizare Semn convenţional

1. Semne convenţionale funcţionale

1.1. 1.1.1.

Semne convenţionale funcţionale

- curent pneumatic sau evacuarea sa în aer liber

2. Transformarea energiei 2.1. 2.1.1.

Compresoare Compresor cu cilindreea fixă

2.2. 2.2.1. 2.2.1.1. 2.2.1.2. 2.2.2. 2.2.2.1. 2.2.2.2.

Motoare rotative Motor cu cilindreea fixă Motor cu cilindree variabilă

- sens unic de curgere a fluidului - două sensuri de curgere a fluidului - sens unic de curgere a fluidului - două sensuri de curgere a fluidului

2.3. 2.3.1. 2.3.1.1. 2.3.1.2.

Cilindri Cilindri cu membrană

- cu simplă acţiune - cu dublă acţiune

3. Distribuţia şi reglarea

energiei

3.1. 3.1.1.

Reglarea presiunii Supape de siguranţă

4. Elemente de condiţionare

şi transfer

123

4.1. 4.2. 4.2.1. 4.2.2.

Ungător Grup de preparare a aerului

- detaliat - simplificat

5. Conducte, orificii,

racorduri

5.1. 5.2. 5.3. 5.3.1. 5.3.2. 5.4.

Sursă pneumatică de presiune Acumulator pneumatic Orificiu de evacuare a aerului Racord rotitor cu o cale

- neted, neracordabil - filetat pentru racordare

VII.1.4. Acţionarea şi reglarea pe cale electrică a lanţurilor cinematice Este bine cunoscut faptul că orice maşină-unealtă, cât de simplă ar fi ea, este echipată cu

cel puţin un motor electric. Utilizarea motoarelor electrice pentru antrenarea şi - în ultimul timp, tot mai mult - pentru reglarea lanţurilor cinematice ale maşinilor-unelte este explicabilă datorită avantajelor pe care le asigură:

⇒ realizarea comodă şi economică a mişcării de rotaţie, mişcarea cea mai des utilizată în procesele de generare;

⇒ asigurarea unui randament relativ ridicat de transformare a energiei electrice în energie mecanică (lucru mecanic util);

⇒ obţinerea unor caracteristici mecanice rigide (caracteristica moment-turatie); ⇒ posibilitatea reglării turaţiilor fie la putere constantă fie la cuplu constant, în funcţie

de natura lanţului cinematic acţionat; ⇒ uniformitatea şi stabilitatea mişcării organului acţionat şi la turaţii joase; ⇒ funcţionare mai silenţioasă şi fără vibraţii (decât acţionarea pneumatică, de

exemplu). Desigur, aceste avantaje, cu diferite ponderi, sunt proprii principalelor tipuri de motoare

electrice utilizate la acţionarea maşinilor-unelte: motoarele asincrone (de curent alternativ), motoarele de curent continuu şi motoarele speciale (motoare pas cu pas, servo-motoare etc.).

VII.1.4.1. Reglarea turaţiei motoarelor electrice asincrone Motoarele asincrone trifazate sunt, încă, cele mai des utilizate la acţionarea lanţurilor

cinematice ale maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului datorită unor avantaje cum ar fi: robusteţe, siguranţă în exploatare, simplitate constructivă, se poate alimenta direct de la reţea iar aparatura de comandă este normalizată. Principalul dezanvantaj al acestor tipuri de motoare constă în faptul că reglarea turaţiei se face cu aparatură costisitoare şi este greoaie.

Din punct de vedere constructiv, principalele tipuri de motoare electrice asincrone utilizate la acţionarea maşinilor-unelte sunt cele cu rotorul în scurtcircuit şi cele cu rotorul bobinat.

124

Motoarele electrice asincrone cu rotorul în scurtcircuit, fiind mai simple şi mai robuste, sunt mai des utilizate decât cele cu rotorul bobinat.

La alegerea motoarelor electrice pentru acţionarea lanţurilor cinematice ale maşinilor unelte trebuie să se ia în considerare caracteristica mecanică a acestora (adică dependenţa turaţiei de cuplul dezvoltat), care trebuie să fie cât mai stabilă, precum şi de caracteristicile exterioare:

minim;maxim;maxim max →→=→=n

ip

nn

ip

II

MM

MM

λα (4.34.)

unde: Mip este cuplul (momentul) iniţial de pornire, Mn este cuplul nominal iar Mmax este cuplul maxim, Iip este curentul iniţial de pornire iar In este curentul nominal.

Din acest punct de vedere, cele mai uzuale sunt motoarele asincrone la care 9,2...7,2min ≥α iar .6...4≤

n

ip

II

Reglarea turaţiei motoarelor electrice asincrone se poate face în trepte sau continuu. Reglarea în trepte a turaţiei, n0, a motoarelor electrice asincrone se face prin varierea

numărului de perechi de poli. Se cunoaşte că:

( )sp

fn −⋅

= 1600 (4.35.)

unde: f este frecvenţa curentului electric, în Hz, p este numărul de perechi de poli ai statorului, iar s este alunecarea.

Prin varierea numărului de perechi de poli, care nu poate fi decât un număr întreg (p = 1, 2, 3...), se pot obţine diferite valori nominale ale turaţiilor, n0, respectiv 1, 2, 3... trepte de reglare a turaţiilor.

Astfel, în cazul unei valori a frecvenţei standardizate la 50 Hz, turaţiile nominale, n0, ce pot fi obţinute sunt: 3000 rot/min (turaţia maximă pentru p = 1), 1500 rot/min (pentru p = 2), 1000 rot/min (pentru p = 3) etc. Prin urmare, prin utilizarea comutatorului de poli, pentru reglarea în trepte a turaţiilor, se pot obţine următoarele trepte de turaţii nominale: 3000/1500 rot/min şi 1500/750 rot/min, pentru motoarele cu două trepte de turaţii; 3000/1500/750 sau 3000/1500/1000 rot/min pentru motoarele cu trei trepte de turaţii etc.

Utilizarea motoarelor electrice cu două sau mai multe trepte de turaţii este limitată de costul mult mai ridicat al acestora şi gabaritul (inclusiv greutatea), care cresc proporţional cu numărul de perechi de poli din înfăşurarea statorică.

Uzual, aceste tipuri de motoare sunt folosite la acţionarea lanţurilor cinematice de avans, pentru mărirea domeniului de reglare a mărimii de ieşire din lanţul cinematic, prin combinarea cu transmisii intermediare cu reglare în trepte (cutii de avansuri) sau cu reglare continuă (variatoare mecanice continue).

În cazul lanţurilor cinematice de tăiere, care trebuie să asigure frecvent turaţii ale organului acţionat mai mari de 3000 rot/min, se folosesc motoare asincrone alimentate cu un curent de frecvenţă mărită (f = 100 ...2000 Hz).

Acestea au o construcţie specială, miezurile magnetice fiind construite din tole mai subţiri iar lagărele cu rulmenţi speciali, pentru turaţii de până la 120.000 rot/min. De asemenea, echilibrarea dinamică a acestor motoare este mult mai severă decât la motoarele cu turaţie normală.

Alimentarea motoarelor electrice asincrone în curent de frecvenţă mărită, deci obţinerea unei turaţi mărite, dar constante (corespunzătoare frecvenţei curentului de alimentare), se poate face prin utilizarea unui convertizor de frecvenţă acţionat de un alt motor electric. Această soluţie, întâlnită încă la unele maşini-unelte vechi, este neeconomică deoarece consumul de energie al grupului motor-generator de frecvenţă este mai mare decât a

125

motorului acţionat. De asemenea, costul instalaţiei de alimentare este mare. Actualmente, datorită existenţei unei game largi de tiristoare cu performanţe din ce în ce mai bune şi costuri de fabricaţie în scădere continuă, se pot realiza pe o cale simplă surse de alimentare cu tensiune şi frecvenţă continuu reglabile, de la care să se alimenteze motoarele asincrone. O astfel de schemă bloc pentru alimentarea unui motor electric asincron la tensiune şi frecvenţă variabilă este prezentată în figura 4.15.

Fig. 4.15. Schema bloc a alimentării motorului asincron la curent cu tensiune şi

frecvenţă variabile

În figura 4.15 se observă că alimentarea motorului MA, de la reţea, se face prin intermediul transformatorului Tr, a redresorului comandat, RC şi invertorului cu frecvenţă reglabilă, I.F.R. Modificând concomitent frecvenţa invertorului I.F.R. şi tensiunea redresorului comandat, RC, se poate realiza o acţionare a motorului asincron MA cu un raport U1/f1 = ct, deci cu un flux magnetic aproximativ constant (Ø1 = ct).

În literatura de specialitate soluţiile prezentate pentru reglarea turaţiilor motoarelor asincrone sunt numeroase, putându-se aminti:

- reglarea turaţiilor motoarelor asincrone prin variaţia tensiunii de alimentare, folosindu-se convertoare statice de tensiune alternativă cu tiristoare (sau triacuri);

- reglarea turaţiilor prin modificarea rezistenţei circuitului rotoric, prin intoducerea simetrică de rezistoare în serie cu înfăşurările de fază;

- reglarea turaţiilor prin modificarea impedanţelor statorice, prin înscrierea simetrică, pe fiecare fază statorică, a unor impedanţe (în cazul motoarelor asincrone cu rotorul în scurtcircuit).

Sintetic, variantele de reglare a turaţiilor motoarelor electrice asincrone prin modificarea alunecării, s, şi a frecvenţei de alimentare, f (metodele cele mai uzuale şi cu posibilităţi mult mai largi comparativ cu modificarea numărului de perechi de poli), sunt prezentate în tabelul 4.3.

Reglajul turaţiilor prin modificarea alunecării este în general subsincron, într-o gamă relativ limitată şi se poate realiza prin:

- variaţia rezistenţei rotorice (mecanic, electromecanic sau electronic); - variaţia tensiunii de alimentare prin folosirea tiristoarelor şi antiparalel, sau a

triacurilor, la puteri relative mici; - conectarea în cascadă, la puteri mari, cu recuperarea energiei rotorice. Reglarea turaţiilor motoarelor asincrone prin modificarea frecvenţei de alimentare

rămâne cea mai eficientă metodă de reglare, realizând o gamă largă de reglare, randament bun şi caracteristici mecanice rigide. Realizarea practică a acestei metode de reglare este posibilă prin două procedee:

- utilizarea de cicloconvertoare – adică a convertoarelor care permit o transformare directă a frecvenţei, dar gama de reglare este limitată şi se face la turaţii joase;

- utilizarea de convertoare cu circuit intermediar de curent continuu, care permite realizarea unei game de turaţii mari şi suprasincrone (n >> n0 = 3000 rot/min).

126

Tabelul 4.3. Domeniul şi posibilităţile de reglare a turaţiilor motoarelor asincrone

Modificarea alunecării, s. Modificarea frecvenţei de alimentare

Tipul motorului

Variaţia rezistenţei rotorice

(mecanic sau prin tiristoare)

Variaţia tensiunii de alimentare

prin variatoare de tensiune de

c.a.

Conectare în cascadă

Modificarea directă a

frecvenţei (cicloconvertor)

Convertor cu circuit intermediar

de current continuu

Motor asincron cu

rotor în scurtcircuit, de

putere mică

- n = (0÷1)n0 - Realizabil dar neeconomic n = (0÷2)n0

Motor asincron cu

rotor în scurtcircuit, de putere medie

şi mare

- Realizabil dar neeconomic - n = (0÷0,4)n0 n = (0÷2)n0

Motor asincron cu

inele, de putere mică

n = (0÷1)n0 n = (0÷1)n0 Realizabil dar neeconomic

Realizabil dar neeconomic n = (0÷2)n0

Motor asincron cu

inele, de putere medie

şi mare

n = (0÷1)n0 n = (0÷1)n0 n = (0,5÷1)n0 Realizabil dar neeconomic n = (0÷2)n0

127

Problema reglării turaţiei motorului asincron, deosebit de actuală şi în prezent, cu toată evoluţia spectaculoasă a electronicii, este departe de a fi soluţionată. Dezvoltarea spectaculoasă a convertizoarelor statice de frecvenţă a condus, practic, la importante succese pe linia posibilităţilor de alegere a turaţiilor motoarelor asincrone.

La ora actuală se consideră că, procedeul cel mai economic de reglare a turaţiilor motoarelor asincrone este acela prin varierea frecvenţei statice de alimentare prin convertizoare statice de frecvenţă.

VII.1.4.2. Reglarea turaţiei motoarelor electrice de curent continuu Utilizarea motoarelor de curent continuu la acţionarea şi reglarea lanţurilor cinematice

ale maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului cunoaşte, în ultimii ani, o amploare tot mai mare.

Deşi mai scumpe, de 3…5 ori decât motoarele asincrone, mai puţin robuste şi mai puţin sigure în exploatare, totuşi, motoarele de curent continuu au un mare avantaj faţă de celelalte tipuri: posibilitatea reglării continue şi din mers (în timpul funcţionării sub sarcină) a turaţiei. Reglarea turaţiei se poate face în limite foarte mari (Rni ≥ 10.000…20.000 !), mai simplu şi mult mai ieftin decât reglarea turaţiei motoarelor asincrone. Datorită acestui avantaj – deosebit de important – actualmente, în ţările dezvoltate, majoritatea maşinilor-unelte cu comandă numerică şi centrele de prelucrare cu CN au în structura lanţurilor cinematice de avans, ca sursă de mişcare, motoare de curent continuu (peste 40% din totalul acţionărilor electrice).

Perfecţionarea variantelor constructive ale motoarelor de curent continuu, sporirea siguranţei în exploatare prin creşterea gradului de protecţie, obţinerea de caracteristici mecanice bune în condiţiile reglării turaţiei în limite foarte mari, durate tranzitorii de accelerare-frânare scurte, au făcut ca motoarele de curent continuu să cunoască o bruscă extindere a domeniului lor de utilizare.

Principalele variante constructive utilizate sunt: cu excitaţie separată sau în derivaţie şi cele cu magneţi permanenţi. Ca ultime noutăţi în domeniul realizărilor de motoare de curent continuu, cu largă utilizare în acţionarea lanţurilor cinematice de avans la maşinile-unelte cu comandă numerică, pot fi evidenţiate motoarele cu întrefier axial şi cele cu cuplu mărit.

Reglarea turaţiei motoarelor de curent continuu se poate face fie prin variaţia tensiunii rotorice fie prin variaţia fluxului de excitaţie.

Este cunoscut faptul că turaţia motoarelor de curent continuu, cu excitaţie în derivaţie (cele mai utilizate) se determină cu relaţia:

MKKR

KUn

me

A

e

A ⋅Φ⋅⋅

−Φ⋅

= 2 (4.36.)

unde: UA este tensiunea aplicată înfăşurării rotorice, RA este rezistenţa înfăşurării rotorice, Ke şi Km constante, Φ este fluxul de excitaţie (dat de înfăşurarea statorică), iar M este cuplul.

Din analiza relaţiei (4.36) se observă că reglarea turaţiei motorului de curent continuu se poate face, teoretic prin:

- variaţia tensiunii rotorice, UA; - variaţia fluxului de excitaţie, Φ; - variaţia rezistenţei legate în serie cu înfăşurarea rotorică, RA. Practic, reglarea turaţiei motoarelor de curent continuu se poate face comod şi economic

numai prin primele două metode: variaţia tensiunii rotorice, UA şi prin variaţia fluxului de excitaţie, Φ.

128

Reglarea turaţiei motoarelor de curent continuu prin variaţia tensiuni rotorice se foloseşte în cazul lanţurilor cinematice la care este necesar ca momentul motor (sau cuplul motor) să fie constant, la orice valoare a turaţiei.

Reglarea turaţiei prin variaţia fluxului de excitaţie, Φ, se face la putere constantă şi se obţin turaţii mai mari decât turaţia nominală (fig. 4.16).

Din figura 4.16 se observă că reglarea turaţiei motoarelor de curent continuu prin variaţia de tensiune rotorică (UA < UAN) asigură obţinerea de turaţii mai mici decât turaţia nominală, caracteristicile mecanice artificiale situându-se sub caracteristica naturală. Se obţin, astfel, rapoarte mai mari de reglare a turaţiei chiar şi la motoare de construcţie obişnuită. De asemenea, se poate evidenţia şi faptul că alunecarea motorului de curent continuu are valori mici (1…6%), ceea ce se observă şi din analiza pantei caracteristicii naturale (fig. 4.16).

Fig. 4.16. Caracteristicile artificiale ale motorului

de curent continuu

Reglarea turaţiei motoarelor de curent continuu prin surse de tensiune reglabilă se poate face prin mai multe metode (fig. 4.17):

- prin sistemul de acţionare WARD-LEONARD (fig.4.17.a); - amplificator magnetic (A.M.) alimentat de la reţeaua de curent alternativ (fig.4.17.b); - redresor comandat cu tiristoare – RED – (fig.4.17c); - variator de tensiune continuă (chopper) – VTC – (fig.4.17.d).

Fig. 4.17. Metode de reglare a turaţiei motoarelor de curent

continuu prin alimentarea cu surse de tensiune reglabile

129

Sistemul de acţionare WARD-LEONARD sau grupul generator-motor s-a utilizat şi se mai utilizează încă la antrenarea lanţurilor cinematice ale maşinilor-unelte grele (de puteri mari). În industria lemnului a fost utilizat la unele tipuri de deruloare şi la unele maşini de tăiat plan furnire. El este cunoscut şi sub denumirea de grupul celor patru maşini electrice deoarece este format din cele patru maşini electrice inclusiv aparatajul de comandă.

Prin sistemul său constructiv, grupul generator-motor permite reglarea turaţiei atât la puterea constantă cât şi la cuplu constant, asigurând un raport de reglare a turaţiei de Rn = 15…25. De asemenea, grupul generator-motor poate lucra şi în regim de recuperare dinamică sau în contracurent, realizând o oprire rapidă a lanţului cinematic acţionat.

În forma sa clasică, grupul generator-motor prezintă dezavantajul că nu permite menţinerea constantă, la valoarea stabilită, a turaţiei motorului de curent continuu.

La ora actuală, sistemele de reglare cele mai moderne şi mai utilizate sunt sistemele de tip redresor comandat sau variator electronic de turaţii cu tiristoare, sau pe scurt, sistemele tiristorizate pentru reglarea turaţiei.

Sistemele cu tiristoare se utilizează atât pentru reglarea turaţiei motoarelor de curent continuu cât şi mai nou, a motoarelor asincrone (dar în sisteme constructive mai complicate şi mai scumpe).

La reglarea turaţiei motoarelor de curent continuu, sistemele cu tiristoare permit variaţia tensiunii medii redresate, fie pe indus, fie pe inductorul motorului de curent continuu, după cum se doreşte reglarea turaţiei la cuplu constant sau la putere constantă.

Schema bloc a unui variator electric cu tiristoare este prezentată în figura 4.18.

Fig. 4.18 Schema bloc a unui variator electric cu tiristoare

Blocul de turaţie indusă, TI, are rolul de a stabili turaţia dorită la motorul M. Acest bloc

are ca mărime de ieşire tensiunea Ui, reglabilă, funcţie de turaţia necesară a motorului. Regulatorul de viteză RV are rolul de a compara tensiunea de ieşire din blocul de turaţie

impusă, Ui, cu tensiunea dată de tahogeneratorul, TG, şi, în funcţie de rezultatul comparării, asigură menţinerea turaţiei motorului M la valoarea impusă.

Regulatorul de curent, RC, are rolul de a menţine constantă intensitatea curentului absorbit de motorul M, prin transformatorul de curent, TC.

Blocul de comandă cu tiristoare este, de fapt, blocul cu tiristoare, BCT, care asigură comanda motorului M.

Alimentarea înfăşurării de excitaţie a motorului, IEM, se face prin redresorul necomandat, R.

Prin urmare, sistemul prezentat în figura 4.18, de reglare a turaţiei motorului de curent continuu prin variaţia tensiunii de alimentare este un sistem de reglare la cuplu constant. Pentru reglarea la putere constantă, sistemul de comadă, este, în principiu, acelaşi. În acest caz, însă, cu tensiune continuă furnizată de sistem se va alimenta înfăşurarea de excitaţie a motorului, IEM, iar indusul se va alimenta de la un redresor necomandat.

130

Realizările din ultimii ani în domeniul sistemelor de comandă prin variatoare electrice a acţionărilor cu motoare de curent continuu reglabile au putut fi posibile şi datorită apariţiei de noi tipuri de motoare electrice de curent continuu cu performanţe mult îmbunătăţite. Se pot menţiona în acest sens motoarele de curent continuu cu rotor disc şi cu magneţi permanenţi cât şi, mai ales la acţionarea lanţurilor cinematice de avans, motoarele de curent continuu cu cuplu mărit.

Motoarele cu rotor disc (sau cu întrefier axial) asigură o constantă mecanică de timp redusă, datorită faptului că rotorul are o inserţie foarte mică şi o greutate mică. De aceea, aceste tipuri de motoare pot realiza game largi de turaţii, practic de la 0 la 3000 rot/min, precum şi acceleraţii foarte mari datorită inerţiei mici a rotorului.

Motoarele cu cuplu mărit au întrefierul radial iar rotorul este masiv şi foarte alungit (lungimea de câteva ori mai mare decât diametrul). Excitaţia este asigurată, de regulă, prin magneţi permanenţi, puternici şi capabili să asigure câmpuri magnetice cu densităţi mari. Aceste motoare au o pornire rapidă (datorită valorii mari a cuplului de pornire), dar şi posibilităţi de a asigura cupluri de 10…15 ori mai mari decât cuplul nominal. Stabilitatea motorului şi uniformitatea mişcării sunt mult superioare celorlalte tipuri de motoare, deoarece rotorul joacă şi rol de volant (având o inserţie mărită).

Datorită acestui fapt, aceste motoare de curent continuu cu cuplu mărit pot lucra la sarcini de trei ori mai mari decât cea nominală, deci aceste motoare se pot cupla direct la organul acţionat în cazul maşinilor-unelte cu comandă numerică (direct la şurubul conducător care acţionează masa maşinii).

Prin utilizarea motoarelor de curent continuu cu cuplu mărit, la acţionarea lanţurilor cinematice de avans şi reglarea turaţiei acestora prin sisteme tiristorizate, sau tranzistorizate, se simplifică mult structura lanţurilor cinematice în condiţiile asigurării unor rapoarte mari de reglare a turaţiilor (Rni > 2000 !).

Sistemele de acţionare şi reglare electrică a lanţurilor cinematice conţin, în afara motoarelor electrice şi a sistemelor de reglare a acestora, o serie de alte aparate electrice.

VII.1.4.3. Aparate electrice ale sistemelor de acţionare şi comandă ale maşinilor-

unelte pentru prelucrarea lemnului Aparatajul electric al sistemelor de acţionare şi comandă MUPL stabileşte sau întrerupe

legătura între sursa de curent şi elementele de acţionare (motoare electrice, cuplaje electromagnetice etc). Nomenclatura, complexitatea şi tipodimensiunile acestora sunt variate, utilizându-se însă, în majoritatea cazurilor, aparate de uz general şi numai în anumite cazuri, modelele specifice MUPL. Se pot deosebi: aparate de comutaţie, indicatoare şi de semnalizare. De asemenea, la maşinile-unelte cu comandă numerică se întâlnesc şi componente electronice.

A. APARATE DE COMUTAŢIE

Aceste aparate execută conectări şi comutări cu acţionare manuală sau automată (prin opritoare sau acţionare electromagnetică). Din categoria celor cu comandă manuală fac parte: întrerupătoarele şi butoanele iar cele cu comandă automată sunt: limitatoarele de cursă sau comutatoarele (cu comandă magnetică) şi contactoarele, releele de timp, releele intermediare, releele de viteză şi cuplajele electromagnetice (cu comandă electromagnetică).

a. Aparatele electrice de comutaţie cu comandă manuală – sunt, în general, butoanele şi întrerupătoarele.

131

Butoanele – sunt principalele organe de comandă manuală ale instalaţiei electrice a oricărei MUPL. Un buton conţine cel puţin o pereche de contacte: un contact normal închis (nî), un contact normal deschis (nd) şi capul de acţionare.

În construcţia MUPL se întâlneşte o mare varietate de tipuri de butoane, atât în privinţa construcţiei şi formei cât şi a culorii capetelor de acţionare. Astfel, butoanele de pornire au – obligatoriu – capul de acţionare îngropat (pentru a se evita atingerea lui întâmplătoare), în timp ce butoanele de oprire au – de regulă – capetele de acţionare tip ciupercă. În ceea ce priveşte culoarea acestora, butoanele de pornire au capete de acţionare negre (uneori albastre sau verzi) iar cele de oprire – întotdeauna roşii (sau diverse nuanţe de roşu).

La unele tipuri de MUPL moderne, capetele de acţionare a butoanelor au incluse în ele câte un beculeţ de semnalizare a acţionării.

Amplasarea butoanelor de oprire-pornire se face grupat, pe tabloul de comandă a maşinii (fig.4.19).

Fig. 4.19 Tablou de comandă la PAH-2

Pentru ferăstrăul circular de retezat, tip PAH-2, tabloul de comandă (fig.4.19), cuprinde:

butonul de pornire a motorului de antrenare a pânzei circulare (1) şi a motorului de antrenare a pompei (2) (ambele îngropate) şi butonul de oprire a acţionării pompei (3) şi de oprire de avarie (4) (amble de tip ciupercă). De asemenea, tabloul de comandă mai conţine şi întrerupătorul (5).

Întrerupătoarele – au rolul de a asigura închiderea sau întreruperea unuia sau mai multor circuite, rămânând – după acţionare – în oricare din cele două poziţii (închis I sau deschis 0). Orice maşină-unealtă are câte un întrerupător trifazat, plasat pe tabloul de comandă centralizată (fig.4.19, poziţia 5). Ca sistem constructiv, întrerupătoarele sunt – de regulă – cu manetă centrală acţionată manual prin basculare.

Din categoria aparatelor electrice cu acţionare manuală fac parte şi unele comutatoare: de poli, de pornire stea-triunghi şi de inversare a sensului de rotaţie. Constructiv, comutatoarele cu acţionare manuală se aseamănă cu întrerupătoarele, fiind, de regulă, cu manetă centrală acţionată manual, prin rotire (fig.4.20).

132

Fig. 4.20 Tabloul de comandă de la IP-4

În figura 4.20, comutatorul de poli (8) (pentru acţionarea motorului cu două turaţii de

antrenare a lanţului cinematic de avans) este amplasat pe tabloul de comandă centralizată a maşinii de rindeluit şi profilat pe patru feţe – I.P. 4, care mai cuprinde: întrerupătorul (1), butoanele de pornire a capetelor de lucru (2, 4, 6) şi a lanţului cinematic de avans (11), butoanele de oprire a acţionării capetelor de lucru (3, 5, 7) şi a lanţului cinematic de avans (10), întrerupătorul de avarie (9).

b. Aparatele electrice de comutaţie cu comadă mecanică – sunt limitatoarele de cursă (sau comutatoarele cu cale) şi microcomutatoarele (sau microlimitatoarele). Ele se utilizează la realizarea comenzilor automate în funcţie de cursă. Funcţional, limitatoarele de cursă se aseamănă cu butoanele, dar se deosebesc de acestea prin sistemul constructiv al capetelor de acţionare. Astfel, la limitatoarele de cursă, capetele de acţionare nu sunt carcasate îngropat, ci libere, astfel încât să poată fi acţionate de opritoarele amplasate pe organul mobil.

Microcontactoarele sau microlimitatoarele de cursă se deosebesc de limitatoarele obişnuite prin gabaritul lor mai mic şi deplasarea mică a butonului de comandă (δ < 0,8 mm).

c. Aparatele electrice de comutaţie cu comandă electromagnetică – sunt, de regulă, construcţii mai complexe de aparate care cuprind: elemente de comandă, elemente comandate, mecanisme intermediare de transmitere a forţelor de la elementul de comandă la contacte etc.

Din această categorie fac parte: cuplajele electromagnetice, contactoarele pentru circuite multiple, releele de timp, de viteză, sau pentru comenzi intermediare.

Toate aceste aparate electrice se regăsesc în schemele de acţionare electrică a MUPL şi sunt amplasate în tablourile (dulapurile) electrice.

B. APARATE INDICATOARE ŞI DE SEMNALIZARE

Aparatele indicatoare şi de semnalizare sunt puţin întâlnite la maşinile-unelte clasice,

ele se regăsesc la maşinile moderne şi la cele cu comandă numerică. Aparatele electrice indicatoare sunt de tipul analogic, cum ar fi: turometre, ampermetre,

Wattmetre, utilizate pentru controlul acţionărilor. Deoarece acul indicator al acestor aparate determină o cotă de subiectivism la citire, uneori de până la 5%, la maşinile-unelte moderne s-au generalizat aparatele indicatoare numerice digitale a căror eroare de citire este sub 0,5%.

La ora actuală s-au generalizat elementele numerice cu afişare prin sinteză a cifrelor, pe baza diodelor cu luminiscenţă.

Cu indicatoarele numerice se afişează cotele pieselor sau mărimea deplasărilor, mărimi cinematice (turaţia sculei, viteza de avans etc.). La maşinile-unelte cu comandă numerică, se întâlnesc şi afişări de faze de programare, pe ecranul care însoţeşte calculatorul.

Aparatele electrice de semnalizare sunt mai puţin utilizate, existând cazuri când sunt folosite pentru semnalizare vizuală diferite lămpi simple, iar pentru semnalizare acustică, sirene sau claxoane.

133

C. COMPONENTE ELECTRONICE

Componentele electronice se întâlnesc în cadrul sistemelor de comandă automată a

MUPL şi - mai ales – la maşinile-unelte cu comandă numerică (MUCN). Elementul constructiv de bază al componentelor electronice îl constituie circuitul

integrat. Acesta conţine o schemă executată integrat, în straturi microscopice, într-o singură capsulă. Mai multe circuite integrate, montate împreună cu alte componente electronice pe o placă izolată, constituie unitatea de bază a părţii electronice.

Totalitatea componentelor electrice şi electronice sunt montate în dulapurile electrice şi fac parte integrantă din orice maşină-unealtă. Ele sunt amplasate – de regulă – lângă maşina-unealtă, fără a face corp comun cu aceasta, pentru a fi protejate de şocuri şi vibraţii (fig.4.21).

Fig. 4.21 Tabloul electric al unui centru de prelucrare

cu comandă numerică

La maşinile-unelte cu comandă numerică, calculatorul electronic integrat în sistemul de comandă al maşinii sau interfaţa pentru conexiunile exterioare fac parte tot din componentele electronice ale maşinii. La cele mai noi tipuri de MUCN, interfaţa este constituită dintr-o unitate centrală, formată din mai multe scheme modulare de intrare-ieşire, fiind echipată – în anumite situaţii – cu un sistem de autodiagnostic complet pentru controlul, cercetarea şi localizarea eventualelor defecte ce pot fi controlate direct pe maşină.

134

VII.1.5. Test de evaluare a cunoştinţelor 1. Prezentaţi structura sistemelor de acţionare pneumatice. 2. Reglarea turaţiei motoarelor electrice de curent continuu.

135

Unitatea de învăţare VIII.1. Structura organologică a MUPL.

Batiuri şi ghidaje.

Cuprins

VIII.1.1. Introducere ................................................................................................... 135 VIII.1.2. Competenţe .................................................................................................. 135 VIII.1.3. Consideraţii generale.................................................................................... 135 VIII.1.4. Batiurile maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului (MUPL) ................ 138

VIII.1.4.1. Batiurile monobloc .................................................................... 139 VIII.1.4.2. Batiurile compuse ...................................................................... 144

VIII.1.5. Sisteme de ghidare....................................................................................... 148 VIII.1.5.1. Clasificarea ghidajelor............................................................... 149 VIII.1.5.2. Ghidaje de alunecare ................................................................. 150 VIII.1.5.3. Ghidaje de rostogolire ............................................................... 155

VIII.1.6. Test de evaluare ........................................................................................... 161

VIII.1.1. Introducere Această unitate de învăţare este destinată familiarizării studenţilor cu

componentele organologice ale unei MUPL, atât din punct de vedere funcţional cât şi constructiv. Se vor însuşi cunoştinţe referitoare la batiuri şi ghidaje.

VIII.1.2. Competenţe După parcurgerea acestei unităţi de învăţare, studentul va fi capabil să:

● definească noţiunea de structură organologică a unei MUPL; ● descrie batiurile monobloc şi compuse; ● explice structura şi tipurile constructive de ghidaje.

Durata medie de parcurgere a acestei unităţi de învăţare este de 3 ore.

VIII.1.3. Consideraţii generale

O maşină-unealtă pentru prelucrarea lemnului trebuie să asigure – oricare ar fi destinaţia şi domeniul de utilizare al acesteia – realizarea unei operaţii de prelucrare mecanică a lemnului, în anumite condiţii de precizie de prelucrare şi calitate a suprafeţelor prelucrate.

Realizarea mişcărilor de generare şi a celor auxiliare, precum şi corelarea lor în vederea obţinerii unor parametri adecvaţi ai regimurilor de tăiere, este posibilă numai printr-o structură cinematică adecvată. Structura cinematică a unei maşini-unelte pentru prelucrarea

136

lemnului este determinată de ansamblul lanţurilor cinematice de generare şi auxiliare şi reprezintă - aşa cum s-a menţionat în capitolele anterioare - partea esenţială a acesteia.

Pentru realizarea condiţiilor de precizie de prelucrare, a traiectoriilor de deplasare a diverselor subansambluri mobile ale maşinii faţă de cele fixe, a bazării corespunzătoare a pieselor din lemn de prelucrat în timpul lucrului este necesară şi o structură organologică corespunzătoare.

Structura organologică a unei maşini-unelte pentru prelucrarea lemnului reprezintă, prin urmare, ansamblul de mecanisme, dispozitive şi organe de maşini care asigură montarea componentelor de structură cinematică, realizarea funcţiilor determinate de precizia de prelucrare, inclusiv a celor legate de evacuarea aşchiilor şi protecţia muncitorului în timpul lucrului.

De menţionat este şi faptul că, pe lângă satisfacerea unor cerinţe funcţionale şi de exploatare, structura organologică a oricărei maşini-unelte pentru prelucrarea lemnului trebuie să satisfacă şi o serie de cerinţe estetice. Acestea sunt determinate - în principal - de forma şi dimensiunile diferitelor subansambluri din structura organologică. În ultimii ani, un accent deosebit s-a pus în alegerea culorilor în care sunt vopsite maşinile-unelte sau părţi ale acestora, tot din considerente de ordin estetic, dar şi ergonomic.

Structura organologică a unei maşini-unelte pentru prelucrarea lemnului se stabileşte pe baza schemei de lucru şi a schemei cinematice cu luarea în considerare a unor particularităţi determinate - în principal - de:

forma şi dimensiunile pieselor din lemn de prelucrat; poziţia pieselor de prelucrat pentru alimentare, prelucrare şi evacuare; tipul şi poziţia sculei tăietoare în raport cu piesa de prelucrat; forma şi tipul mecanismului de avans; forma şi tipul dispozitivelor de prindere, strângere şi fixare etc.

Marea diversitate constructivă şi funcţională a maşinilor-unelte pentru prelucrarea

lemnului este determinată nu numai de structura cinematică a acestora ci, în mai mare măsură, de către structura organologică. Prin urmare, analiza elementelor componente, a principalelor subansambluri din structura organologică a maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului, impune analiza funcţiilor pe care trebuie să le îndeplinească fiecare subansamblu.

Astfel, pentru asamblarea şi montarea componentelor cinematice este necesar ca structura organologică să conţină un corp solid, cu formă corespunzătoare, care să asigure o rigiditate necesară, rezistentă la vibraţii şi o bună accesibilitate la montaj a celorlalte subansambluri, adică BATIUL maşinii-unelte.

Asigurarea mişcărilor rectilinii ale subansamblurilor mobile faţă de cele fixe este posibilă numai printr-un SISTEM DE GHIDARE corespunzător.

Bazarea pieselor din lemn de prelucrat faţă de sculă, în timpul lucrului, impune ca structura organologică a maşinii să conţină SISTEME DE BAZARE corespunzătoare operaţiei de prelucrare specifice fiecărei maşini-unelte pentru prelucrarea lemnului.

Fixarea sculelor tăietoare şi asigurarea mişcărilor de generare pe care acestea trebuie să le execute impune existenţa unor AXE PORT-SCULĂ şi a unor ARBORI-PORTCUŢITE care să execute o mişcare de rotaţie în anumite condiţii de precizie şi viteză de tăiere.

Bazarea unor subansambluri mobile care execută o serie de mişcări auxiliare (de poziţionare, de regulă) impune ca structura organologică să conţină subansambluri specifice de tipul SUPORŢI şi SĂNII.

Evacuarea aşchiilor din zona de lucru şi protecţia operatorului uman impun cu necesitate ca fiecare maşină-unealtă pentru prelucrarea lemnului să fie prevăzută cu DISPOZITIVE DE EVACUARE A AŞCHIILOR şi de PROTECŢIE.

137

Aceste subansambluri pot fi şi ele particularizate pentru fiecare maşină-unealtă pentru prelucrarea lemnului în parte. Se poate evidenţia, totuşi, faptul că aceste subansambluri – sub diferite forme constructive şi dimensiuni – se regăsesc atât în structura maşinilor-unelte convenţionale cât şi a celor din ultima generaţie, maşini-unelte cu comandă numerică (MUCN) pentru prelucrarea lemnului sau centre de prelucrare cu comadă numerică (CPCN). Pentru a ilustra acest lucru, în figura 5.1 este prezentată structura organologică a unei maşini-unelte convenţionale pentru prelucrarea lemnului (Maşina de frezat de sus – G 900) iar în figura 5.2 structura organologică a unei maşini-unelte cu comandă numerică (MUCN) pentru prelucrarea lemnului şi a materialelor compozite (FROMMIA CNC-808).

Fig. 5.1. Maşina de frezat de sus.

Fig. 5.2. Maşină de frezat cu comandă numerică.

În figura 5.1 este prezentată o maşină de frezat de sus (G 900) realizată de firma italiană

GRIGGIO. Structura organologică a maşinii se compune din unitatea de bază (1), montantul (2) şi consola (3). Capul de lucru (4) se fixează pe consola (3) şi execută atât mişcarea de tăiere (ns) cât şi mişcarea în plan vertical (I). Masa maşinii (5) fixată pe suportul mesei (6) se

138

poate poziţiona în plan vertical, după direcţia mişcării (II) pe ghidajele (7), cu ajutorul roţii de mână cu mâner (8), acţionată manual.

Blocarea suportului mesei se face cu maneta (11) acţionată manual, iar pentru poziţionarea subansamblelor de lucru pe masă, ştiftul copier este acţionat cu ajutorul manetei (9).

Comanda mişcării capului de lucru în plan vertical (mişcarea I) se face de la pedala (10).

În cazul maşinilor cu comandă numerică (fig. 5.2) se observă că elementele de acţionare manuală de tip manete, roţi de mână, pedale nu mai există, dar structura organologică este similară.

Astfel, în fig. 5.2, în cazul maşinii de frezat de sus cu comadă numerică - FROMMIA CNC-808 – structura organologică cuprinde unitatea de bază (1), montantul (2) şi consola (3). Capul de lucru (4) este montat pe un suport care execută mişcarea de avans în plan vertical, după axa (z). Masa maşinii (5) se deplasează pe ghidajele suportului mesei (6), realizând mişcarea de avans în plan orizontal, după direcţia (x).

Suportul mesei (6) se deplasează pe ghidajele (7) fixate pe unitatea de bază (1), realizând mişcarea de avans orizontal după direcţia (y). Toate mişcările sunt comandate de la dulapul de comandă (8), fără intervenţia operatorului, de aceea în structura organologică a maşinii nu mai apar elemente de comandă mecanice cu acţionare manuală de tip manete, roţi de mână sau pedale.

Analiza structurii organologice a maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului permite obţinerea unei imagini de ansamblu asupra construcţiei, funcţionalităţii şi formei pentru fiecare tip de subansamblu. Acest lucru este necesar şi suficient pentru inginerul din industria lemnului, consideraţiile teoretice legate de calculul şi proiectarea acestor subansambluri fiind de competenţa inginerului constructor de maşini.

Prin urmare, în continuare, se vor analiza principalele variante constructive, reprezentative pentru fiecare grupă de subansambluri din structura organologică a MUPL.

VIII.1.4. Batiurile maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului (MUPL)

Batiul oricărei maşini-unelte pentru prelucrarea lemnului reprezintă componenta organologică de bază. Acest lucru este determinat de faptul că, pe batiu, se montează – fix sau mobil – toate celelalte elemente sau subansambluri precum şi componentele structurii cinematice a maşinii.

Prin urmare batiul este supus unor solicitări complexe în timpul funcţionării maşinii, având o influenţă hotărâtoare în asigurarea condiţiilor de prelucrare în anumite limite ale preciziei de prelucrare.

Asigurând fixarea maşinii pe fundaţie, în cadrul unui anumit flux tehnologic, batiul – piesa cea mai voluminoasă şi grea – trebuie să satisfacă o serie de cerinţe generale cum ar fi:

• să aibe o bună stabilitate la fixarea pe fundaţie; • să permită montarea – demontarea uşoară a elementelor de structură cinematică; • să permită prelucrarea unor baze de aşezare şi ghidare pentru subansambluri fixe şi

mobile ce urmează a fi montate pe batiu; • să asigure o anumită precizie geometrică şi de prelucrare.

Pentru asigurarea preciziei geometrice şi menţinerea preciziei de prelucrare în limitele necesare, batiurile maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului trebuie să satisfacă şi o serie de cerinţe specifice, cum ar fi:

• să aibe o formă corespunzătoare, în concordanţă cu forma şi dimensiunile pieselor din lemn ce se prelucrează;

• să asigure o rigiditate maximă şi să permită prelucrarea integrală a solicitărilor ce apar în timpul lucrului;

139

• să asigure o bună rezistenţă la vibraţii; • organele în mişcare – în special ghidajele – să aibe o rezistenţă la uzură cât mai

mare; • să asigure invariabilitatea poziţiilor relative dintre bazele de fixare şi cele de

ghidare ale subansamblurilor mobile sau fixe; • să asigure o bună izolare fonică etc.

Pentru asigurarea acestor cerinţe batiurile maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului

se execută – în general – din fontă cenuşie deoarece carbonul din structura fontei cenuşii, sub formă de grafit, acţionează ca disipator de vibraţii, conferind batiului o bună rezistenţă la vibraţii. Se pot utiliza şi alte tipuri de fonte (fontă maleabilă, fontă cu grafit globular, fontă modificată, fontă aliată etc.) sau oţel.

La maşinile-unelte moderne şi, mai ales la maşinile-unelte cu comandă numerică, realizate în serii mici sau unicate, batiurile se execută din profile laminate din oţel, sudate, formând structuri chesonate care asigură rigiditatea şi rezistenţele necesare, permiţând, în acelaşi timp, realizarea lor în condiţii tehnologice eficiente şi relativ ieftin din punct de vedere al costurilor de fabricaţie.

Din punct de vedere constructiv, batiurile maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului se execută în forme din cele mai variate, pentru aceeaşi grupă de maşini-unelte batiurile putând fi diferenţiate atât după forma constructivă cât şi după modul de execuţie. O clasificare a batiurilor maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului este prezentată în figura 5.3.

Fig. 5.3. Clasificarea batiurilor

Clasificarea batiurilor prezentată în fig.5.3 este o clasificare convenţională care

evidenţiază faptul că elementul constructiv – forma constructivă generală – reprezintă criteriul de bază în cunoaşterea şi analiza acestui subansamblu din structura organologică a oricărei maşini-unelte pentru prelucrarea lemnului.

Din punct de vedere al tehnologiei de fabricaţie, procedeul turnării batiurilor se utilizează preponderent în cazul batiurilor din fontă. În situaţia în care batiul este executat din oţel, de regulă din laminate din oţel, acestea se îmbină prin sudură pentru a se obţine forma constructivă dorită a batiului. Există situaţii în care anumite componente ale batiurilor se execută prin turnare (din fontă sau oţel) urmând a fi asamblate cu diverse organe de asamblare sau prin sudură în vederea obţinerii formei finale a batiului (batiuri mixte). O analiză exhaustivă a batiurilor maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului se poate face pornind de la criteriul constructiv cu evidenţierea celor două tipuri de batiuri: batiurile monobloc şi batiurile compuse.

VIII.1.4.1. Batiurile monobloc

Batiurile monobloc se întâlnesc – în principal – în structura organologică a maşinilor-unelte convenţionale şi formează o singură unitate constructivă, elementele componente fiind

140

nedemontabile. Din punct de vedere al tehnologiei de fabricaţie, ele se pot executa fie prin turnare fie prin sudură.

a) Batiuri monobloc turnate Batiurile monobloc turnate formează o structură monolit rezultată în urma turnării din

fontă cenuşie (sau alte sortimente din fontă: fontă maleabilă, fontă modificată, fontă aliată etc.). Batiurile turnate din fontă cenuşie – sortimentul de fontă cel mai utilizat – asigură caracteristici tehnologice bune, amortizează bine vibraţiile apărute în timpul funcţionării maşinii şi permit prelucrarea unor ghidaje cu suprafeţe de contact cu rezistenţă ridicată la uzură.

Forma batiurilor - în general – şi a celor monobloc turnate, în special, este determinată de o serie de factori cum ar fi:

• forma şi dimensiunile piesei ce urmează a fi prelucrată pe maşina respectivă, atât înainte de prelucrare cât şi după prelucrare;

• natura şi mărimea solicitărilor ce apar în timpul prelucrării; • cerinţe de ordin funcţional, constructiv şi estetic. Este ştiut faptul că, în cazul solicitărilor simultane de încovoiere şi torsiune – situaţia

cea mai întâlnită în practică – forma de batiu dreptunghi – cadru asigură comportarea cea mai bună. Din acest motiv, cât şi datorită avantajelor tehnologice la prelucrare, secţiunea dreptunghi – cadru stă la baza construcţiei majorităţii batiurilor monobloc turnate.

Astfel, în figura 5.4 se prezintă forma constructivă a unui batiu tip cadru de la o maşină de rindeluit la grosime realizată de firma italiană CASADEI.

Fig. 5.4. Batiu monobloc la o maşină de rindeluit la grosime.

Se poate remarca structura tip cadru rigidă şi compactă, cu canturi rotunjite, relativ

simplă ca execuţie, prevăzută cu diverse degajări laterale pentru a facilita montarea pe batiu a celorlalte subansambluri: masa mobilă, valţurile de avans cu sistemul de acţionare, barele de presare, arborele port-cuţite cu transmisia prin curea lată şi motorul electric de acţionare.

O structură similară este prezentată în figura 5.5 şi se întâlneşte la unele tipuri de maşini normale de frezat – tip MNF-10.

141

Fig.5.5. Batiu monobloc turnat la o maşină normală de frezat – MNF-10.

Şi în acest caz se remarcă structura tip cadru, cu elemente nervurate (2) pentru mărirea

rigidităţii batiului şi suprafeţele de ghidare (1) pe care se poate poziţiona masa maşinii. Se impune şi precizarea că, mai ales în cazul batiurilor voluminoase, de dimensiuni

mari, pentru mărirea rigidităţii şi stabilităţii dimensionale a acestora, se folosesc pereţi nervuraţi longitudinali sau transversali, aşezaţi în plan orizontal sau vertical, în diferite variante constructive, aşa cum se poate observa în figura 5.6.

Fig. 5.6. Variante constructive de pereţi interiori transversali sau

longitudinali. Forma constructivă a batiurilor monobloc turnate mai este determinată – aşa cum s-a

afirmat şi anterior – de forma şi dimensiunile piesei de prelucrat, precum şi de poziţia capului de lucru faţă de piesa din lemn de prelucrat.

Astfel, pentru o maşină de frezat de sus – FAS – forma batiului este specifică – în formă de U – aşa cum se poate observa în figura 5.7.

142

Fig. 5.7. Batiul unei maşini de frezat de sus – FAS.

Şi în acest caz se pot evidenţia degajările pentru asamblarea celorlalte subansambluri precum şi suprafeţele de ghidare (1) pentru suportul capului de lucru şi suprafeţele de ghidare (2) pentru suportul mesei. Forme similare de batiuri turnate se întâlnesc şi la unele tipuri de ferăstrae panglică de tâmplărie sau de spintecat.

Pentru mărimea stabilităţii pe fundaţie, batiurile pot avea şi alte forme, aşa cum se poate observa în figura 5.8.

Fig. 5.8. Batiul turnat pentru un ferăstrău circular de spintecat şi debitat la format (CASADEI).

Stabilitatea ridicată a batiului din fig.5.8 pe fundaţie este determinată de forma

acestuia – forma literei “T” – iar rigiditatea este asigurată de structura nervurată a pereţilor laterali şi traversa longitudinală.

Utilizarea batiurilor monobloc, turnate din fontă de diferite sortimente, prezintă o serie de dezavantaje în cazul fabricării maşinilor-unelte moderne, cum ar fi:

creşterea duratei de fabricaţie determinată de confecţionarea modelului de turnare, a miezurilor şi de tratamentul de detensionare (de îmbătrânire) – obligatoriu la aceste batiuri;

pericol de rebutare, la prelucrarea suprafeţelor de bazare sau ghidare şi datorită tensiunilor interne;

143

adaosuri de prelucrare mari, deci consum neeconomic de fontă de calitate. Datorită acestor factori – şi a altora – la ora actuală, fabricanţii de maşini-unelte pentru

prelucrarea lemnului s-au orientat şi realizează tot mai mult batiuri monobloc sudate sau batiuri compuse.

b) Batiuri monobloc sudate Batiurile monobloc sudate sunt executate – în principal – din laminate din oţel, de

diferite profiluri, îmbinate prin sudură. Aceste structuri sudate asigură rigiditate şi stabilitatea necesară batiului prin combinarea de profiluri de diverse laminate: U; T; I, iar forma generală – cadru, T sau “cutie” asigură stabilitatea corespunzătoare.

O structură simplă, tip cadru, este prezentată în figura 5.9.

Fig. 5.9. Batiu sudat, tip cadru, la Centrul de Prelucrare – BULLERI.

Se observă că montanţii (1) sunt rigidizaţi prin traversa superioară (2) şi placa de bază (3).

O structură tip “cutie” – stabilă şi rigidă, este prezentată în figura 5.10.

Fig. 5.10. Batiu sudat, tip “cutie” la MUCN – BULLERI MACHINE. Se observă că traversele orizontale şi verticale (la pereţii laterali) asigură o bună

rigiditate a întregului batiu. O structură similară, întâlnită la Centrul de Prelucrare cu Comandă Numerică “SUPERJUNIOR” este prezentată în figura 5.11.

144

Fig. 5.11. Batiu sudat, la CPCN – SUPERJUNIOR.

În acest caz, suprafeţele de ghidare (2) şi de bazare (1) sunt fixate pe batiu prin şuruburi. Rigiditatea batiului este dată de structura interioară chesonată, realizată din profile din oţel sudate, acoperite cu tablă.

Structuri voluminoase dar stabile şi rigide de batiuri sudate se întâlnesc şi la alte tipuri de Centre de Prelucrare cu Comandă Numerică – CPCN – aşa cum se observă în figura 5.12.

Fig. 5.12. Batiu sudat, la CPCN – realizat de firma japoneză SHODA. Forma în “T” a batiului sudat prezentat în figura 5.12 îi asigură acestuia o bună

stabilitate şi rigiditate, îndeplinind toate cerinţele funcţionale şi estetice. Se observă că pe batiu sunt prelucrate suprafeţele de ghidare (1) şi cele de bazare (2) şi (3) care permit montarea celorlalte subansambluri pe batiu.

Pentru simplificarea tehnologiei de fabricare a batiurilor şi, mai ales, pentru reducerea volumului la transportul maşinilor-unelte, se practică tot mai mult construcţia batiurilor compuse.

VIII.1.4.2. Batiurile compuse

Batiurile compuse sunt foarte răspândite actualmente atât pentru maşinile-unelte

convenţionale cât, - mai ales – pentru maşinile-unelte moderne, cu comandă numerică sau maşinile-unelte agregate.

Batiurile compuse sunt constituite din mai multe componente (subansambluri) fie numai turnate fie în combinaţie cu unele componente sudate. Realizarea batiurilor compuse din mai multe componente asamblate între ele în sistem demontabil, prin şuruburi sau prezoane, prezintă o serie de avantaje cum ar fi:

- reducerea volumului şi greutăţii coletelor pentru transportul la beneficiar a maşinilor-unelte respective;

- realizarea de modele de turnare variate, cu posibilitatea combinării diferitelor componente;

145

- montarea mai uşoară a celorlalte subansambluri fixe sau mobile pe batiu; - eliminarea sau diminuarea efectelor negative ale turnării batiurilor cu volum mare

(reducerea tensiunilor interne); - reducerea greutăţii şi a volumului de metal incorporat în batiu. Principalul dezavantaj al batiurilor compuse îl reprezintă diminuarea rigidităţii ca

urmare a utilizării unor organe de asamblare de tip şurub-piuliţă. În construcţia maşinilor-unelte (pentru prelucrarea metalelor) terminologia pentru

componentele batiurilor compuse este standardizată şi prezentată în STAS SR-7870-1995 “Elemente standard pentru construcţia maşinilor-unelte. Vocabular”. Aceste denumiri sunt comune şi pentru părţile componente ale batiurilor maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului şi sunt prezentate în tabelul 5.1.

Tabelul 5.1. Vocabular al elementelor standard

Pct. Denumire Indicaţii asupra formei sau rolului funcţional 0 1 2

2.1 Unitate de bază Formează cadrul constructiv (de rezistenţă) al maşinii. Susţine şi rigidizează elementele componente ale maşinii.

2.1.1 Batiu central 2.1.1.1 Batiu central pentru

linie de transfer

2.1.1.2 Batiu poligonal pentru

masă rotativă indexată

2.1.1.3 Batiu central pentru

masă rotativă indexată cu coloană centrală

2.1.1.4 Batiu central pentru

tambur cu poziţionare

2.1.1.5 Batiu central pentru

prelucrare din mai multe direcţii

2.1.2 Batiu lateral

146

2.1.3 Consolă

2.1.4 Montant

2.1.5 Suport pentru capete

multiax

Modul în care pot fi combinate elementele componente ale batiurilor compuse se poate evidenţia atât în cazul unor maşini-unelte pentru prelucrarea lemnului convenţionale cât şi pentru maşinile-unelte cu comandă numerică (MUCN) sau centre de prelucrare cu comandă numerică (CPCN).

Astfel, pentru o maşină de rindeluit la grosime, MRG-8 (fig.5.13), realizată de firma I.M. Roman, batiul compus este format din următoarele componente: unitatea de bază (1) sau placa de bază pe care sunt fixaţi cei doi montanţi (2, 2’) consolidaţi la partea superioară cu placa superioară (3) în care se montează arborele portcuţite şi valţurile de avans.

Fig. 5.13. Batiu compus de MRG-8; (I.M. Roman).

Toate componentele batiului compus din figura 5.13 sunt realizate prin turnare, asamblarea făcându-se prin şuruburi de cuplare.

O variantă constructivă asemănătoare întâlnim la unele maşini de cepuit universal (fig. 5.14).

Batiul compus al maşinii de cepuit unilateral (fig.5.14) se compune din unitatea de bază (1), montantul (2) şi braţul în consolă (5). Aceste componente sunt fixate pe unitatea centrală prin intermediul elementelor de fixare (3) şi (4), fixarea făcându-se cu şuruburi de cuplare.

147

Fig. 5.14. Batiu compus la o maşină de cepuit unilateral. În cazul unui centru de prelucrare cu comandă numerică (fig.5.15), realizat de firma

SHODA (Japonia), batiul compus este format din unitatea de bază (1), montanţii (2) şi (3) şi traversa superioară (4), fixată pe montanţi cu ajutorul elementelor de fixare (5).

Fig. 5.15. Batiu compus la CPCN – SHODA (Japonia).

Fig. 5.16. Batiu compus la maşina FROMMIA CNC-808.

Pentru maşina de frezat cu comandă numerică FROMIA CNC-808, batiul (fig.5.16)

este compus din unitatea de bază (1) pe care este fixat cu ajutorul şuruburilor (4) montantul (2) cu consola (3). Unitatea de bază (1) este realizată în structură chesonată, din profile laminate sudate astfel încât să asigure o bună rigiditate în condiţiile unui consum de metal mai redus şi o greutate totală a batiului mai mică.

O stuctură mai complexă de batiu compus se întâlneşte la agregatul dublu de formatizat realizat de firma Schwabedissen (fig.5.17).

148

9

8

Fig. 5.17. Batiu compus la agregatul dublu de formatizat SCHWABEDISSEN.

Un tronson al batiului (fig.5.17) este format din patul (1) pe care se montează placa de

bază (2), aceasta putându-se deplasa pe ghidajele patului (1) după direcţia (I), asigurând astfel poziţionarea întregului tronson mobil al batiului faţă de tronsonul fix.

Pe placa de bază (2) se fixează montantul (3) care susţine prin intermediul consolei inferioare (8) şi a celei superioare (9) ghidajul inferior (4) şi superior (5). Ghidajul inferior (4) asigură montarea mecanismului de avans cu lanţ şi plăcuţe articulate iar ghidajul superior (5) asigură montarea dispozitivului de presare a pieselor de prelucrat pe transportorul cu lanţ şi plăcuţe articulate. Pentru a asigura o rigiditate mărită întregul tronson al batiului la partea superioară se montează o legătură suplimentară (6).

Fixarea suportului inferior (4) al mecanismului de avans pe consola (8) se face cu ajutorul şuruburilor (7).

Important de remarcat este faptul că, atât în cazul batiurilor monobloc cât şi în cazul celor compuse, pe lângă asigurarea unei rigidităţi corespunzoare, pe batiu se prelucrează şi suprafeţe de fixare şi de ghidare. Asigurarea mişcărilor rectilinii a subansamblurilor mobile pe batiu, în anumite condiţii de precizie a deplasării, depinde de precizia de execuţie şi tipul sistemelor de ghidare ale maşinii-unelte.

VIII.1.5. Sisteme de ghidare

Generarea suprafeţelor pieselor din lemn pe maşinile-unelte pentru prelucrarea lemnului implică asigurarea unei mişcări relative între scula tăietoare şi piesa din lemn de prelucrat, respectiv realizarea deplasării curbei generatoare pe traiectoria directoarei. Având în vedere că piesele din lemn sunt mărginite - de regulă - de suprafeţe plane regulate, definite de curbe generatoare plane, simple, exprimabile analitic şi grafic, care se deplasează pe traiectorii rectilinii sau curbilinii, structura organologică a maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului trebuie să asigure - în principal - traiectorii rectilinii şi curbilinii prin cuple cinematice adecvate, respectiv SANIE - GHIDAJ. Prin urmare, sistemele de ghidare - ca părţi componente importante din structura organologică a maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului - au ca principal rol funcţional să materializeze traiectoriile generatoare, rectilinii sau circulare, necesare generării suprafeţelor pieselor din lemn, pe maşinile-unelte. Asigurarea preciziei de prelucrare pe MUPL este strict dependentă de precizia de construcţie şi menţinere în bună stare de funcţionare a ghidajelor. În concluzie, orice sistem de ghidare are ca menire principală conducerea în timpul funcţionării maşinii, a subansamblurilor mobile cum ar fi: mesele, săniile, suporţii capetelor de lucru, suporţii meselor etc, de a susţine aceste subansambluri şi de a asigura precizia necesară de deplasare a acestora.

149

Din punct de vedere constructiv, orice sistem de ghidare este format dintr-un element fix (1) şi un element mobil (2), contactul dintre acestea făcându-se pe mai multe suprafeţe (fig. 5.18): suprafeţe de conducere (A), suprafeţe de susţinere (B) şi suprafeţe de închidere (C).

Fig.5.18. Elemente constructive ale ghidajelor de alunecare.

Suprafeţele de contact dintre elementul fix şi cel mobil diferă funcţie de firma şi tipul

constructiv al sistemului de ghidare, de rolul funcţional al acestuia etc. Aceste suprafeţe trebuie să îndeplinească o serie de cerinţe pentru buna funcţionare a sistemelor de ghidare cum ar fi:

poziţia suprafeţelor elementelor care formează cupla cinematică să fie astfel concepută încât să asigure reacţiuni minime în cuplă;

forma şi dimensiunile suprafeţelor de contact să asigure o distribuţie uniformă a presiunilor de contact (sau cât mai apropiată de distribuţia uniformă);

deformaţiile elementelor care formează ghidajul (elementul fix şi cel mobil) să fie minime, pentru a asigura precizia de deplasare;

rezistenţa la uzură a materialelor din care sunt confecţionate elementele ghidajului să fie mare;

materialele utilizate să aibe durităţi diferite, pentru evitarea tendinţei de gripare; forma constructivă a ghidajelor să permită reglarea jocului, pentru a se putea

compensa efectul uzurii; sistemul de ungere să asigure condiţiile de ungere preconizate.

VIII.1.5.1. Clasificarea ghidajelor

Rolul funcţional al sistemelor de ghidare este acela de a asigura traiectorii de deplasare rectilinii sau curbilinii pentru diferite subansambluri din structura organologică a maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului. Aceste deplasări se pot efectua în plan vertical, orizontal sau înclinat, cu ajutorul unor sisteme de ghidare de alunecare sau de rostogolire. Prin urmare, clasificarea sistemelor de ghidare poate fi făcută conform schemei din figura 5.19.

Fig.5.19. Clasificarea sistemelor de ghidare.

150

După cum se poate observa şi din figura 5.19, rolul funcţional al sistemelor de ghidare impune un anumit sistem constructiv al acestora: ghidaje cu alunecare şi ghidaje cu rostogolire.

VIII.1.5.2. Ghidaje de alunecare

Ghidajele cu alunecare constituie - încă - soluţia tehnică preponderent utilizată şi în construcţia maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului pentru realizarea cuplelor de translaţie (deplasări rectilinii). Aceste tipuri de ghidaje asigură traiectorii de deplasare precise, au o construcţie relativ simplă dar prezintă dezavantajul unor coeficienţi de frecare mari.

Pentru asigurarea traiectoriilor rectilinii, suprafeţele de contact ale ghidajelor sunt - de regulă - combinaţii de suprafeţe plane (fig.5.20,a,b,c), plane şi curbe (fig.5.20,d,e,f,g), combinaţii de suprafeţe curbe (fig.5.20,h,i,j.) sau suprafeţe cilindrice (întotdeauna în combinaţii de câte două suprafeţe cilindrice (fig.5.20,k).

Fig.5.20. Combinaţii de suprafeţe plane şi curbe folosite la ghidajele

maşinilor-unelte.

Dacă din punct de vedere teoretic ghidajele pot avea orice profil poligonal, din punct de vedere tehnologic, al condiţiilor de execuţie (prelucrare şi ajustare), cu cât numărul suprafeţelor de contact este mai mare, cu atât execuţia acestora este mai dificilă. De aceea, în practică, numărul minim de suprafeţe conjugate care să asigure elementului mobil al cuplei cinematice cu un singur grad de libertate este de trei suprafeţe.

Cele mai utilizate profile pentru suprafeţele conjugate ale ghidajelor sunt cele triunghiulare, plane sau cilindrice. În tabelul 5.2. sunt prezentate sintetic principalele profile de ghidare, caracteristici şi recomandări de utilizare ale acestora.

Tabelul 5.2. Formele profilului ghidajelor

Profilul ghidajului Caracteristici. Recomandări de utilizare

Tri

ungh

iula

r

În -A

Se recomandă: a = 1,5H; b = 0,1H; c = 0,25H. pentru profilul simetric; a = 1,6H; b = 0,1H; c = 0,25H. pentru profilul asimetric. Se recomandă, în special, pentru ghidaje orozontale; asigură uzări minime, evacuând impurităţile de pe suprafeţele de contact; permite reglarea automată a jocului. 1-element fix; 2-element mobil; A-suprafaţă de conducere; B-suprafaţă de susţinere.

151

Tri

ungh

iula

r

În - V

Se recomandă:

α = 90° …140°, pentru ghidaje încărcate cu forţe mari;

α = 70° …90°, pentru ghidaje cu o deplasare foarte precisă;

a = 0,2H; b = 0,1H; c = (0,1 … 0,8)H.

Se recomandă, în special, pentru ghidaje orizontale; asigură condiţii de ungere foarte bune; asigură autoreglarea jocului.

Tra

pezo

idal

În coadă de rândunică

1-element fix; 2-element mobil;

a = (0,9 … 1,2)H.

Se recomandă, în special, pentru ghidaje verticale sau cele încărcate cu momente mari de răsturnare; se utilizează pentru ghidaje scurte; necesită elemente separate, relativ simple, pentru reglarea jocului.

A-suprafaţă de conducere; B-suprafaţă de susţinere; C-suprafaţă de închidere.

Plan

Se recomandă, pentru ghidaje puternic încărcate şi/sau de mare precizie; la ghidajele orizontale poate asigura condiţiile ungerii hidrodinamice.

Cili

ndri

c

Asigură o execuţie şi o întreţinere foarte uşoare.

a – strângere cu şurub, prin arcuire capac;

b – strângere capac cu două şuruburi;

c – bucşe conică secţionată;

1 – element fix;

2 – element mobil.

Aceste forme de ghidaje pot fi combinate în diferite variante, funcţie de destinaţia,

tipul maşinii şi al subansamblurilor mobile din structura organologică a maşinii-unelte. (fig.5.21).

A

a. b.

a. b. c.

152

c. d.

e.

f. g. h.

i. j.

Fig.5.21.Variante de ghidaje cu alunecare.

Combinarea diferitelor profile se poate face - funcţie de destinaţia acestora - cu două profile indentice (fig.5.21,a,b,c,d,e) sau cu două profile diferite (fig.5.21,f,g,h,i). În anumite cazuri pot fi întâlnite şi combinaţii de trei profile (fig.5.21,j).

Complexitatea formei ghidajelor şi modalităţile de combinare a diferitelor profile de ghidaje sunt determinate şi de sistemul constructiv al acestora. Astfel, pentru maşinile-unelte care necesită rigidităţi mari, ghidajele se toarnă o dată cu batiul (element fix) şi apoi se prelucrează suprafeţele acestuia. În cazul batiurilor realizate din laminate de oţel sudate, ghidajele vor fi aplicate pe batiu, prin fixare cu şuruburi sau prin sudare. În anumite cazuri, ghidajele aplicate se pot executa şi din materiale plastice, aplicate prin lipire pe elementul metalic, grosimea acestora fiind de 2 ÷ 10 mm.

Demn de menţionat este şi faptul că, în cazul ghidajelor de alunecare care asigură deplasări mari ale elementului mobil (peste 500 mm) şi cu viteze de deplasare mari, se impun

153

soluţii tehnice specifice pentru reglarea jocurilor (compensarea jocului datorat uzurii) şi asigurarea ungerii corecte a suprafeţelor de contact.

a. b. c.

d. e.

f. g.

Fig.5.22. Reglarea ghidajelor coadă de rândunică. În figura 5.22 sunt prezentate mai multe soluţii tehnice de reglare a jocului ghidajelor

coadă de rândunică prin utilizarea de pene cu secţiune paralelogram (fig.5.22,a), cu pene cu secţiune trapezoidală (fig.5.22,b,c,d,e) sau cu ajutorul penelor înclinate (fig.5.22, f şi g). În mod similar se asigură şi reglarea ghidajelor plane (fig.5.18).

Asigurarea peliculei de lubrifiant pentru ungerea ghidajelor care funcţionează cu frecare mixtă sau fluidă este posibilă prin practicarea - pe suprafaţa unuia din elementele cuplei - a unor canale de ungere (fig.5.23).

a. b. c. d. e.

f. g. h. i.

Fig.5.23. Sisteme de ungere a ghidajelor.

154

Canalele de alimentare cu lubrifiant pot fi practicate fie în elementul mobil (fig.5.23,

a,b,c,d,h) fie în cel fix (fig.5.23,e,f,g,i). Alegerea uneia din variante se face funcţie de construcţia ansamblului respectiv, de lungimea suprafeţei de contact dintre elementul fix şi cel mobil, de viteza relativă a elementului mobil etc.

În construcţia maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului sisteme de ghidare cu alunecare se întâlnesc în cazul mişcărilor auxiliare de poziţionare a diferitelor subansambluri mobile (de regulă cu acţionare manuală, deci cu viteze mici de deplasare) şi în cazul unor mecanisme de avans, cu acţionare electrică sau manuală (fig.5.24 şi 5.25).

Fig.5.24. Mecanism de avans cu plăcuţe articulate.

În fig.5.24, mecanismul de avans la agregatul de cepuit bilateral (Schwabedissen) este

format dintr-un sistem de ghidare compus din elementul fix (1) - cu suprafeţe de ghidare combinate: suprafaţă plană şi profil A - şi elementul mobil (2), un transportor cu plăcuţe articulate. Suprafaţa plană (B) este o suprafaţă de susţinere iar suprafeţele (A-B) ale profilului "A" simetric sunt suprafeţe de conducere (A) şi susţinere (B). Combinarea de suprafeţe de ghidare plane (B) şi prismatice (profil "A") asigură o precizie bună a traiectoriei de deplasare a elementului mobil (2) precum şi o mişcare de avans uniformă şi silenţioasă chiar pentru valori ridicate ale vitezei de avans (u ≤ 120 m/min).

În cazul unor lanţuri cinematice de avans cu acţionare manuală - la strungul longitudinal pentru lemn - fig.5.25, sistemul de ghidare al saniei (3), care este şi elementul mobil, conţine pentru elementul fix o combinaţie de suprafeţe plane (1) şi prismatice, în coadă de rândunică (2).

Fig.5.25. Sistemul de ghidare al saniei suportului portcuţit la

strunguri longitudinale pentru lemn. Prin această combinaţie se asigură cele trei suprafeţe de contact necesare unei corecte ghidări: suprafaţa de conducere (A); suprafeţe de sprijin (B) şi de închidere (C). Precizia de

155

deplasare a saniei (3) a suportului portcuţit (4) în plan longitudinal (I) este asigurată prin această combinaţie de suprafeţe iar compensarea jocurilor datorate uzurii se realizează prin plăcuţa de reglare a jocului (6). Suportul portcuţit (4) se poate deplasa pe ghidajele (5) ale saniei (3), pentru realizarea mişcării de avans transversal (II). Elementul fix (5) al sistemului de ghidare transversal este tot o combinaţie de suprafeţe prismatice, tip coadă de rândunică.

De menţionat faptul că, pentru deplasări mari, precise şi cu viteze de deplasare mari (10 - 200 m/min), se recomandă şi se folosesc la maşinile-unelte moderne ghidaje cu frecare de rostogolire. Acestea asigură coeficienţi de frecare mici (μs ≤ 0,01) putând prelua şi sarcini mari, în condiţiile unor viteze de deplasare a elementului mobil mari. De aceea, în structura organologică a maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului, ghidajele cu frecare de alunecare se folosesc pentru asigurarea mişcărilor auxiliare de poziţionare a diferitelor componente mişcări acţionate - de regulă - manual.

VIII.1.5.3. Ghidaje de rostogolire

Ghidajele cu frecare de rostogolire - sau, pe scurt, ghidaje cu rostogolire - sunt folosite din ce în ce mai mult la realizarea cuplelor cinematice de translaţie, atât la maşinile-unelte convenţionale cât, mai ales, la maşinile-unelte cu comandă numerică (MUCN) şi centrele de prelucrare cu comandă numerică (CPCN). Acest lucru se datorează faptului că acest tip de ghidaje asigură coeficienţi de frecare minimi şi precizie de deplasare maximă. Determinante pentru corecta funcţionare şi precizia de deplasare a elementului mobil al sistemului de ghidare cu rostogolire sunt următoarele condiţii:

♦ poziţia suprafeţelor elementelor care formează cupla cinematică trebuie astfel aleasă încât reacţiunile în cuple să fie minime;

♦ forma şi dimensiunile suprafeţelor de contact trebuie să asigure distribuţii uniforme ale presiunii de contact pe aceste suprafeţe (fără a depăşi valoarea presiunilor admisibile);

♦ rezistenţă mărită la uzură a materialelor din care sunt executate, pentru a asigura menţinerea îndelungată a preciziei de funcţionare;

♦ sistemul constructiv trebuie să permită reglarea jocului dintre elementele în mişcare precum şi compensarea uzurii;

♦ sistemul de ungere trebuie să asigure lubrifiere corectă şi menţinerea acestora în bună stare de funcţionare.

Principalele dezavantaje ale acestor tipuri de ghidaje sunt: → precizia de prelucrare ridicată impusă căilor de rulare; → complexitatea ridicată a sistemelor de protecţie, acestea fiind mult mai sensibile la

pătrunderea impurităţilor pe suprafeţele de contact. Din punct de vedere constructiv, ghidajele cu rostogolire pot fi:

cu corpuri de rostogolire tip bile sau role(fig.5.26);

a. b. c. d.

156

e. f. g.

Fig.5.26. Tipuri de corpuri de rostogolire.

cu recircularea corpurilor de rostogolire sau fără recircularea acestora (fig.5.27); cu pretensionare - ghidaje cu rostogolire închise - sau fără preîncărcare - ghidaje

cu rostogolire deschise (fig.5.28)

a. b.

c. d.

Fig.5.27. Posibilităţi de mişcare a corpurilor de rostogolire - fără recircularea corpurilor de rostogolire (a, b, c)

- cu recicircularea corpurilor de rostogolire (d).

a. b. Fig.5.28. Sisteme de pretensionare a ghidajelor cu rostogolire

a. Sisteme deschise - fără pretensionare (preîncărcare) b. Sisteme închise - cu pretensionare (preîncărcare).

Corpurile de rostogolire pot fi bile (fig.5.26,a,b,c,d) sau role cilindrice (fig.5.26, e, f),

cu contact punctiform (fig.5.26,a,b,d) sau după o linie (fig.5.26,c,e,f). Acestea pot fi fixate într-o colivie (fig.5.26,a,f,g), colivia 4 putând fixa atât bilele (fig.5.26, a) cât şi rolele cilindrice (fig.5.26,f şi g).

157

După modul de deplasare a corpurilor cu rostogolire, ghidajele pot fi cu recircularea acestora (fig.5. 27,d) sau fără recircularea lor (fig.5.27,a,b,c). Din punct de vedere al posibilităţilor de pretensionare (preîncărcare), ghidajele cu rostogolire pot fi deschise (fig.5.28,a), sau fără pretensionare şi ghidaje închise (fig.5.28,b) sau cu pretensionare.

Sistemul de ghidare deschis (fig.5.28,a) conţine un subansamblu - 1 - cu suprafaţă de susţinere (tip B) şi un subansamblu - 2 - cu suprafeţe de conducere (tip A) şi de închidere (tip C).

Sistemul de ghidare închis (fig.5.28,b) conţine două subansamble cu suprafeţe de conducere şî închidere (A;C).

În construcţia maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului moderne, a celor cu comandă numerică (MUCN) şi a centrelor de prelucrare cu comandă numerică (CPCN) se folosesc preponderent sisteme de ghidare cu rostogolire închise, cu unul sau două rânduri de bile, recirculabile, cu element mobil de tip tanchetă, galet sau bucşă elastică.

Fig.5.29. Ghidaj cu bile recirculabile tip "tanchetă"

În figura 5.29 este prezentat un sistem de ghidare cu bile recirculabile, tip "tanchetă". Pe elementul fix (1) sunt montate barele prismatice (3) şi (4) care asigură contact liniar cu bilele recirculabile din tancheta (2). Suprafeţele de contact dintre bile şi aceste subansamble sunt suprafeţe de tip A/C, respectiv de conducere şi închidere. Pentru sarcini mai mari, în locul bilelor recirculabile se folosesc role cilindrice.

Ghidajele cu role cilindrice, tip tanchetă, sunt standardizate prin STAS-12662-88. Forma constructivă a tanchetei, conform standardului menţionat, este prezentată în fig. 5.30,a - iar în figura 5.30,b este prezentat un exemplu de utilizare a ghidajelor tip "tanchetă" la un centru de prelucrare cu comandă numerică realizat de firma SHODA. Construcţia tanchetei prezentată în fig. 5.30,a, evidenţiază faptul că recircularea corpurilor de rulare (1) se face prin capacele frontale (2) şi corpul tanchetei (3). Fixarea tanchetelor pe elementul mobil al sistemului de ghidare (fig.5.30,b) este astfel făcută încât să se asigure contactul pe cele trei suprafeţe: suprafaţă de susţinere (tip B) - tancheta 6; suprafaţa de conducere (tip A) - tacheta 7 şi suprafaţa de închidere (tip C) - tacheta 8.

a. b.

Fig.5.30. Ghidaj cu role cilindrice recirculabile, tip "tanchetă"(STAS-12662-88).

158

Ghidajele cu "galeţi" - fig.5.31,a au o construcţie care permite o pretensionare externă,

prin rotirea excentricelor care fixează cei doi galeţi (3) şi (3'), pe părţile laterale ale elementului mobil (2) al ghidajului. De menţionat că aceste sisteme de ghidare sunt cele mai recomandate şi utilizate în structura organologică a MUCN şi CPCN deoarece asigură viteze de deplasare a organului mobil (sanie, suport al mesei, suport al capului de lucru etc.) de până la 600 m/min, cu acceleraţii maxime de 50 m/s2 şi ceea ce este mai important, asigură coeficienţi de frecare foarte mici: μ= 0,002…0,003.

În construcţia MUCN şi CPCN, pentru deplasări mari, se pot utiliza ghidaje cu galeţi la care suprafaţa de ghidare de pe elementul fix este o bară cilindică (4 - 4'), aşa cum se observă şi în fig.5.32.

Fig.5.31. Ghidaj cu galeţi.

Fig.5.32. Ghidaj cu galeţi, cu suprafeţe de ghidare cilindrice.

159

Pentru deplasarea unor subansambluri care sunt mai puţin solicitate (poziţionarea unor capete de lucru, a meselor sau suporţii meselor) se pot folosi ca sisteme de ghidare şi bucşe cu bile recirculabile. Aceste sisteme sunt standardizate conform STAS 12734-89 iar forma lor constructivă este prezentată în figura 5.33.

Vedere din A

Bucşă închisă Bucşă crestată Bucşă deschisă

a. b. c.

Fig.5.33. Ghidaje cu bucşe cu bile recirculabile (STAS 12734-89).

Din punct de vedere constructiv, ghidajele cu bucşe cu bile recirculabile pot fi: cu bucşă închisă (fig.5.33,a), cu bucşă crestată (fig.5.33,b) sau cu bucşă deschisă (fig.5.33,c). Aceste sisteme de ghidare asigură coeficienţi de frecare mici (μst ≤ 0,007), se pretează pentru deplasări mari, dar cu încărcare (solicitare) mai mică. Ghidajele cu bucşe cu bile pot fi realizate şi în alte forme constructive, cu contact punctiform, liniar sau contact în arc de cerc.

Un exemplu de utilizare al ghidajelor cu bucşe cu bile este prezentat în figura 5.34.

Fig.5.34. Ghidaje cu bucşe cu bile la o maşină de burghiat multiplu.

Masa mobilă (3), a maşinii de burghiat multiplu realizată de firma MORBIDELLI, se

poate poziţiona pe elementele fixe (1) ale ghidajului cu ajutorul bucşelor deschise cu bile (2) şi (2'). Sisteme de ghidare similare se întâlnesc la poziţionarea capetelor de lucru ale unor maşini de cepuit, agregate de formatizat, de frezat profilat etc. In cazul unor centre de prelucrare cu comandă numerică (fig.5.35), suporţii mobili (3) pe care se fixează piesele din

160

lemn de prelucrat se pot poziţiona (deplasa) pe elementele de ghidare fixe (1) cu ajutorul bucşelor cu role (2). Blocarea suportului mobil în poziţia dorită se face pneumatic.

Fig.5.35. Ghidaje cu bucşe cu bile la CPCN - ROVER – 30.

Din categoria sistemelor de ghidare cu rostogolire fac parte şi sistemele de ghidare cu

role (fig.5.36).

Fig.5.36. Sistem de ghidare cu role la un ferăstrău circular de debitat panouri (firma

ALTENDORF).

Masa maşinii (1) se deplasează în raport cu batiul (2) cu ajutorul rolelor (3), (4) şi (5) aşa cum se observă în fig.5.36. Rola (5) asigură suprafeţe de conducere şi susţinere (suprafeţe tip "A" şi "B", rola (4) - suprafaţa de închidere tip C iar rola (3) suprafaţa de închidere şi conducere (tip "C" şi "A"). În acest mod se asigură o traiectorie precisă a elementului mobil - masa (1) faţă de batiul (2).

De menţionat şi faptul că, atât în cazul ghidajelor cu frecare de rostogolire cât şi a celor cu frecare de alunecare, pentru menţinerea preciziei de funcţionare pe o durată cât mai mare, suprafeţele de contact ale ghidajelor trebuiesc protejate prin sisteme de protecţie adecvate. În cazul maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului acest lucru este cu atât mai important, deoarece în procesul de aşchiere, pe lângă aşchiile tehnologice se formează şi particule relativ fine de praf de lemn care, depunându-se pe suprafeţele de contact ale ghidajelor, influenţează negativ buna funcţionare a acestora. Cele mai uzuale mijloace de producţie ale ghidajelor maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului sunt cele cu burdufuri (fig.5.37,a), cele cu benzi din cauciuc (fig.5.37,b) şi cele cu răzuitoare din cauciuc sau pâslă (fig.5.37,c) sau cu răzuitoare din mase plastice (fig.5.37,d).

161

a. b.

c. d.

Fig.5.37. Sisteme de protecţie a ghidajelor.

Sistemele de protecţie cu răzuitoare (fig.5.37,d şi c) prezintă dezavantajul că, o dată cu impurităţile de pe suprafaţa ghidajului se îndepărtează şi lubrifiantul. De aceea, aceste sisteme se recomandă - mai ales - în cazul sistemelor de ghidare cu frecare de alunecare pentru mişcări de poziţionare, care se realizează cu viteze mici sau în cazul sistemelor de ghidare cu frecare de rostogolire, se recomandă în cazul sistemelor închise, la care ungerea se face prin elementul mobil.

VIII.1.6. Test de evaluare a cunoştinţelor 1. Completaţi spaţiile libere pentru a defini noţiunea de structură organologică:

Structura organologică a unei maşini-unelte pentru prelucrarea lemnului reprezintă, prin urmare, ansamblul de....., dispozitive şi organe de maşini care asigură montarea..... de structura cinematică, realizarea funţiilor determinate de..... de prelucrare, inclusiv a celor legate de...... aşchiilor şi protecţia ...... în timpul lucrului. 2. Prezentaţi un exemplu de batiu turnat (forma, materiale, caracteristici). 3. Alegeţi varianta corectă:

După sistemul constructiv ghidajele se pot clasifica: a. rectilinie în plan orizontal, rectilinie în plan vertical, curbilinie în plan vertical; b. orizontale, verticale, înclinate; c. cu frecare de alunecare, cu frecare de rostogolire.

162

Unitatea de învăţare IX.1. Sisteme de bazare. Suporţi şi sănii. Arbori

port-cuţite şi Axe port-sculă.

Cuprins IX.1.1. Introducere...................................................................................................... 162 IX.1.2. Competenţe ..................................................................................................... 162 IX.1.3. Sisteme de bazare a pieselor din lemn............................................................ 163

IX.1.3.1. Mesele ............................................................................................. 163 IX.1.3.2. Rigle de ghidare şi sprijin................................................................ 167 IX.1.3.3. Reazeme şi opritoare ....................................................................... 171 IX.1.3.4. Mecanisme de avans speciale.......................................................... 173 IX.1.3.5. Dispozitive de presare, strângere şi fixare....................................... 175

IX.1.4. Saboţi şi sănii.................................................................................................. 177 IX.1.5. Arbori port-cuţite şi axe port-sculă ................................................................ 181

IX.1.5.1. Arbori port-cuţite şi axe port-sculă la care scula se montează în consolă............................................................................................................ 182 IX.1.5.2. Arbori port-cuţite şi axe port-sculă la care scula se montează între lagăre .............................................................................................................. 186

IX.1.6. Test de evaluare .............................................................................................. 186

IX.1.1. Introducere Această unitate de învăţare este destinată familiarizării studenţilor cu

principalele tipuri de sisteme de bazare a pieselor din lemn de prelucrat pe diferite tipuri de subansambluri din structura MUPL. Studenţii se vor familiariza şi cu alte competenţe organologice, de tip saboţi şi sănii precum şi cu arbori potr-cuţite şi axe port-sculă.

IX.1.2. Competenţe După parcurgerea acestei unităţi de învăţare, studentul va fi capabil să: ● definească noţiunea de bazare; ● identifice principalele tipuri de sisteme de bazare; ● explice diferenţa dintre noţiunea de „suport” şi „sanie”; ● să descrie structura şi tipurile constructive ale subansamblurilor arbori port-

cuţite şi axe port-sculă.

Durata medie de parcurgere a acestei unităţi de învăţare este de 3 ore.

163

IX.1.3. Sisteme de bazare a pieselor din lemn

Prelucrarea mecanică a lemnului pe maşini-unelte echipate cu scule tăietoare adecvate impune şi o aşezare corespunzătoare a piesei din lemn de prelucrat pe anumite suprafeţe de sprijin. Această operaţie de aşezare sau bazare este necesară pentru a se obţine, în urma procesului de tăiere, numai o anumită suprafaţă a piesei din lemn prelucrate, cu forme, dimensiuni şi grad de netezire (rugozitate) bine determinate.

Prin urmare, se poate defini bazarea ca fiind acţiunea de poziţionare (aşezare) a piesei din lemn de prelucrat pe anumite suprafeţe de sprijin în vederea realizării procesului de generare, de realizare a unei anumite operaţii de tăiere.

Bazarea corectă a piesei din lemn şi orientarea ei faţă de scula tăietoare, pe diferite subansambluri din structura organologică a oricărei maşini-unelte, reprezintă premiza esenţială pentru asigurarea unei prelucrări optime, un consum minim de material lemnos şi o calitate superioară a prelucrării. De aceea, constructorii de maşini-unelte pentru prelucrarea lemnului acordă o atenţie deosebită proiectării şi execuţiei sistemelor de bazare a pieselor din lemn.

În funcţie de schema de prelucrare (de lucru) – prelucrare prin trecere sau pe poziţie – şi bazarea pieselor din lemn va fi mobilă sau fixă.

Bazarea mobilă se întâlneşte la maşinile – unelte care lucrează prin trecere. Se consideră bazarea mobilă atunci când suprafaţa de aşezare (sau bazare) a piesei din lemn se deplasează în raport cu scula tăietoare, pe o suprafaţă de sprijin.

Bazarea mobilă permite ca piesa din lemn de prelucrat să se deplaseze pe o traiectorie paralelă cu axa sculei (maşini de îndreptat, maşini de rindeluit la grosime, ferăstrae circulare etc) sau perpendiculară pe axa portsculă (maşini de frezat cu ax verical, maşini de frezat de sus etc.).

Bazarea fixă se întâlneşte la maşinile-unelte care lucrează pe poziţie. Se consideră bazarea fixă atunci când suprafaţa de aşezare (sau bazare) a piesei din lemn rămâne fixată pe suprafaţa de sprijin pe toată durata prelucrării (strunguri pentru lemn, maşini de burghiat etc.).

În cazul maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului, sistemele de bazare trebuie să asigure aşezarea (bazarea) şi uneori fixarea unor piese din lemn de prelucrat cu forme şi dimensiuni foarte variate, pentru realizarea unor operaţii de prelucrare mecanică a lemnului după metode şi procedee de prelucrare foarte diferite.

Oricare ar fi tipul de bazare utilizat, principalele sisteme de bazare întâlnite în structura organologică a maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului sunt:

• mesele; • riglele de ghidare şi sprijin; • reazeme şi opritoare; • mecanisme de avans speciale;

dispozitive de presare, strângere şi fixare.

IX.1.3.1. Mesele

Mesele maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului reprezintă principalul element de bazare din stuctura organologică a acestora.

Masa este un subansamblu din structura organologică a maşinii care asigură sprijinirea piesei din lemn de prelucrat în timpul operaţiei de tăiere. Precizia bazării asigurată de suprafaţa de sprijin a mesei este hotărâtoare în obţinerea de piese din lemn cu caracteristici tehnice (de formă, dimensiune, poziţie relativă şi rugozitate) impuse.

Din punct de vedere funcţional, mesele pot fi fixe sau mobile faţă de batiu. Fiind montate direct pe batiu, mesele au rol de a transmite batiului maşinii toate forţele şi

164

momentele ce apar în timpul tăierii, ca urmare a interacţiunii dintre scula tăietoare şi piesa din lemn de prelucrat. Prin urmare şi condiţiile tehnice de execuţie ale meselor vor fi apropiate de cele ale batiurilor.

Astfel, principalele cerinţe care trebuiesc satisfăcute de mesele maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului sunt:

• să asigure o rigiditate mărită; • suprafaţa de sprijin a mesei să aibe o bună planeitate; • să asigure o bună rezistenţă la vibraţii; • rezistenţă mare la uzură. Pentru îndeplinirea acestor cerinţe, mesele maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului

se execută din fonte de calitate (fonte cenuşii, cu grafit modular etc.), în structuri nervurate (pentru asigurarea rigidităţii).

Cerinţele legate de planeitate şi rezistenţă la uzură sunt de maximă importanţă în cazul bazării mobile (maşina de îndreptat, de rindeluit la grosime, de frezat etc.) deoarece precizia formei şi dimensiunilor pieselor din lemn prelucrate pe aceste maşini depinde – în cea mai mare măsură – de acestea.

Ilustrativ în acest sens este cazul maşinilor de îndreptat (fig.5.38), prevăzute cu două mese: una anterioară, sau de alimentare (1) şi una posterioară sau de evacuare (2).

Operaţia de îndreptare este o operaţie de prelucrare mecanică a lemnului, după

metoda frezării cu arbori portcuţite, având drept scop obţinerea unei suprafeţe şi a unui cant, netede şi plane. Suprafaţa plană şi netedă obţinută prin îndreptare va constitui baza tehnologică (suprafaţa de bazare) pentru prelucrările ulterioare (rindeluire etc.).

Pentru a se obţine o suprafaţă plană şi netedă prin îndreptare, masa anterioară (1) se poziţionează la o distanţă h de muchia tăietoare a arborelui portcuţite (3), distanţă ce reprezintă adâncimea de aşchiere. Masa posterioară (2) se poziţionează astfel încât planul mesei să fie tangent la muchia tăietoare a cuţitelor de pe ambele portcuţite (3), deoarece pe suprafaţa de sprijin a acestei mese, piesa din lemn se va aşeza cu suprafaţa deja prelucrată, care este plană şi netedă.

a.

b.

c.

d. Fig. 5.38. Mesele maşinilor de îndreptat.

Poziţia celor două mese determină – în mod hotărâtor – calitatea prelucrării. Astfel,

poziţia corectă a celor două mese: planul suprafeţelor de sprijin al meselor să fie paralel cu muchia tăietoare a cuţitelor de pe arborele portcuţite (fig.5.38.b) asigură suprafeţelor pieselor din lemn prelucrate o planeitate bună.

165

Dacă suprafaţa de sprijin a unei mese face un anumit unghi α faţă de cealaltă masă (fig.5.38.c şi d) atunci suprafaţa piesei prelucrate nu va mai fi plană, ci va prezenta concavităţi (fig.5.38.c) sau convexităţi (fig.5.38.d).

Pentru asigurarea unei bune suprafeţe de sprijin, mesele maşinilor de îndreptat au dimensiuni mari (lungimi L = 1000…..2800 mm; lăţimi l = 250 – 400 – 500 – 630 mm).

Pentru asigurarea unei rigidităţi corespunzătoare, acestea se execută cu nervuri transversale la partea inferioară (fig.5.38.a).

Mesele maşinilor de rindeluit la grosime (fig.5.39) au construcţii asemănătoare, doar că sunt executate monobloc, cu structuri nervurate pentru mărirea rigidităţii.

Suprafaţa de sprijin a mesei este prelucrată mai îngrijit, pentru a asigura un coeficient de frecare cât mai mic între ea şi suprafaţa de aşezare (bazare) a piesei din lemn. De menţionat că rindeluirea, ca operaţie de prelucrare mecanică a lemnului, este ulterioară operaţiei de îndreptare. Suprafaţa plană şi netedă – pe o faţă şi un cant – obţinută la operaţia de îndreptare constituie baza tehnologică pentru operaţia de rindeluire la grosime. Pentru a uşura alunecarea piesei din lemn pe suprafaţa de sprijin a mesei, aceasta are prelucrate caneluri longitudinale iar unele mese (fig.5.39. a şi b) au încastrate în masă role libere. Aceste role libere (2 şi 3, fig.5.39. a şi b), poziţionate cu 0,1 ÷ 0,2 mm deasupra planului mesei, au rolul de a transforma frecarea de alunecare în frecare de rostogolire, deci de a uşura deplasarea piesei din lemn pe suprafaţa de sprijin a mesei.

a. b. c.

Fig. 5.39. Mesele unor maşini de rindeluit la

grosime.

Antrenarea piesei din lemn, după direcţia mişcării de avans – u – se face cu ajutorul valţurilor de avans: valţul anterior – 5 – striat şi posterior, 6, neted. Bara de presare anterioară – 7 – are rolul de a asigura o bună desprindere a aşchiilor şi de a evita smulgerea fibrelor lemnului, împiedicând despicarea lemnului de către cuţitele fixate în arborele port-cuţite 4. Bara de presare posterioară – 8 – are rolul de a asigura o bună poziţionare a piesei de prelucrat din lemn, pe masa maşinii şi evitarea vibraţiilor.

În anumite situaţii (fig.5.39.c), valţurile de avans sunt îmbrăcate în manşoane de cauciuc, asigurând o presare elastică a piesei din lemn pe masa maşinii.

Dimensiunile meselor maşinilor de rindeluit la grosime variază în limitele: lungimile L = 800 ÷ 1200 mm şi lăţimile, l = 400 ÷ 500 ÷ 630 ÷ 800 ÷ 1000 mm.

Deşi fixe în timpul lucrului, mesele maşinilor de rindeluit la grosime se pot poziţiona în plan vertical, faţă de arborele portcuţite, la distanţe de 100 ÷ 250 mm. Structura lanţului cinematic auxiliar de poziţionare a mesei maşinii de rindeluit la grosime, tip MRG – 8, a fost prezentată în figura 3.31, iar descrierea funcţională în capitolul 3.5.2.

Mesele maşinilor de frezat cu ax vertical inferior (MNF) sunt realizate atât în variantă constructivă fixă (fig.5.40.b) cât şi rabatabile (fig.5.40.a), pentru prelucrări de canturi teşite (înclinate).

166

a. b. Fig. 5.40. Mesele maşinilor de frezat cu ax vertical.

Varianta constructivă cu masă rabatabilă (fig.5.40.a) se întâlneşte la maşinile de frezat

la care axul portsculă este fix. Dacă axul portsculă este înclinabil (fig.5.40.b), masa maşinii este fixă. În această

situaţie, unele firme constructoare de maşini au ataşat la masa fixă o masă mobilă (fig.5.41).

Fig. 5.41. Maşină de frezat cu ax vertical, cu masă mobilă.

Masa mobilă (2) – fig.5.41 – se deplasează pe ghidajele (3) şi (4) faţă de masa fixă (1)

după o traiectorie rectilinie. Pe masa mobilă (2) sunt prelucrate nişte canale longitudinale care permit fixarea pe masă a unor dispozitive de prindere şi fixare a piesei din lemn de prelucrat. Masa fixă (1) se poate poziţiona pe ghidajele batiului (6), în plan orizontal, cu ajutorul unui lanţ cinematic auxiliar de poziţionare care are ca sursă de mişcare roata de mână (5) acţionată manual, un mecanism melc – ZM – roată melcată – ZRM – pentru transmiterea mişcării la 90° şi un mecanism şurub-piuliţă (7), pentru transformarea mişcării de rotaţie în mişcare rectilinie.

Variante constructive de mese mobile se întâlnesc şi la unele tipuri de ferăstrae circulare (fig.5.42) şi la maşinile de frezat cu ax superior (fig.5.43).

167

Fig. 5.42. Masă mobilă la un ferăstrău circular de spintecat şi debitat panouri.

Fig. 5.43. Masa unor maşini de frezat cu ax superior – FAS.

Masa mobilă (1) – fig.5.42 – se deplasează pe ghidajele de rostogolire – 3 – montate pe

suportul (batiul) – (2). Pentru asigurarea rigidităţii necesare, construcţia mesei este realizată în structură nervurată, cu nervuri longitudinale dispuse pe toată lungimea mesei. O variantă constructivă similară a fost prezentată şi în fig.5.36.

În cazul unor maşini de frezat cu ax superior – FAS – masa mobilă (1) se poate deplasa în plan orizontal longitudinal (mişcarea I) pe ghidajele suportului mesei (2) cu ajutorul unui lanţ cinematic care are ca sursă de mişcare roata de mână (4), acţionată manual, transmisia prin roţi dinţate cilindrice (5) şi mecanismul de transformare a mişcării de rotaţie în mişcare rectilinie (6), de tip pinion-cremalieră. Suportul mesei (2) se poate deplasa în plan orizontal – transversal (mişcarea II), pe ghidajele saniei (3), cu ajutorul unui lanţ cinematic care are ca sursă de mişcare roata de mână (7), acţionată manual, transmisia prin roţi dinţate cilindrice (8) şi mecanismul şurub-piuliţă (9), cu rol de transformare a mişcării de rotaţie în mişcare rectilinie. Sania (3) a suportului mesei se poate poziţiona în plan vertical (mişcarea III), pe ghidajele batiului (14), cu ajutorul unui lanţ cinematic care are ca sursă de mişcare roata de mână (10), transmisia intermediară fiind formată din roţile dinţate cilindrice (11) şi conice (12), iar mecanismul de transformare al mişcării de rotaţie în mişcare rectilinie este format din mecanismul şurub-piuliţă (13).

În cazul unor maşini-unelte cu comandă numerică – fig.5.44.a – masa mobilă (1) are o construcţie specială. Suprafaţa de sprijin a mesei realizată dintr-un material nemetalic (masă plastică) are prelucrate canale longitudinale şi transversale la distanţe relativ mici unele de altele (fig.5.44.b). Aceste canale formează pe suprafaţa mesei un caroiaj care poate fi delimitat, cu ajutorul unui cordon de cauciuc ce se introduce în canale, în una sau mai multe incinte închise.

168

a. b.

Fig. 5.44. Masa maşinii de frezat cu comandă numerică tip FROMMIA CNC – 808.

Prin poziţionarea piesei de prelucrat (de regulă un panou) pe masă, cu un contur mai mare decât conturul format de cordonul elastic şi evacuarea aerului din incinta delimitată de cordon, cu ajutorul unei pompe de vid, se realizează o bună fixare a panoului de prelucrat pe masa maşinii.

Construcţii similare de mese se întâlnesc şi la unele centre de prelucrare cu comandă numerică, realizate de diferite firme constructoare: BIESSE, WADKIN etc.

În cazul unor centre de prelucrare realizate de firma MORBIDELLI (şi alte firme), mesele sunt segmentate în tronsoane mobile (1) care se pot poziţiona la distanţe diferite unele faţă de altele, funcţie de dimensiunile pieselor de prelucrat (fig.5.45).

Fig. 5.45. Masă segmentată (tronsoane mobile) la un centru de prelucrare cu comandă

numerică – CPCN – U13 (MORBIDELLI).

Pe fiecare tronson mobil – 1 – se află limitatoarele de capăt (3) şi lateralele (2) care asigură o corectă poziţionare a panoului. Fixarea panoului se face cu vacum, realizat cu ajutorul unor ventuze (4).

IX.1.3.2. Rigle de ghidare şi sprijin

Prelucrarea pieselor din lemn masiv cu forme paralelipipedice regulate, cu suprafeţe perpendiculare unele faţă de altele (sau înclinate sub anumite unghiuri), se poate face tot pe maşinile de îndreptat prin utilizarea unei rigle de ghidare cu o suprafaţă de sprijin

169

suplimentară, perpendiculară (sau înclinată sub un anumit unghi) pe suprafaţa de sprijin a meselor (fig.5.46).

a.

b.

Fig. 5.46. Schema bazării pe mai multe suprafeţe.

În cazul operaţiei de îndreptare (fig.5.46.a), după prelucrarea unei suprafeţe de bazare se

prelucrează şi un cant al piesei din lemn, perpendicular sau teşit sub un anumit unghi faţă de suprafaţa de bază. Pentru aceasta este necesară rigla de ghidare (4) care să asigure o suprafaţă de sprijin suplimentară – S3 – poziţionată perpendicular (sau sub un anumit unghi) faţă de suprafeţele de sprijin – S1 – (a mesei anterioare – 1) şi a suprafeţei de sprijin – S2 – (a mesei posterioare – 2).

Prelucrarea concomitentă a două suprafeţe perpendiculare (o faţă şi un cant) se poate face cu doi arbori de lucru – 3 şi 4 (fig.5.46.b) dar cu bazarea piesei pe patru suprafeţe de sprijin: două suprafeţe orizontale, S1 – masa anterioară 1 şi S2 – masa posterioară 2 şi două suprafeţe verticale, perpendiculare pe primele, realizate de riglele de ghidare 5 şi 6, respectiv suprafeţele suplimentare S3 şi S4.

Construcţia riglei de ghidare de la maşina de îndreptat (fig. 5.47) permite poziţionarea acesteia în plan vertical (mişcarea III), orizontal (mişcarea II) sau înclinat sub un anumit unghi (mişcarea I).

Fig. 5.47. Poziţionarea riglei de ghidare la maşina de îndreptat.

Poziţionarea riglei de ghidare (4) perpendicular pe masa maşinii de îndreptat (2) sau

înclinat sub un anumit unghi (mişcarea I) se face prin articulaţia (6) şi mecanismul şurub-piuliţă (7), de blocare în poziţia dorită. Rigla de ghidare este fixată pe braţul (5) care se poate

170

poziţiona în plan orizontal faţă de suportul (8) (mişcarea II) prin deblocarea articulaţiei cu maneta (9). Poziţionarea în plan vertical a suportului (8) cu braţul (5) faţă de batiul fix (3), (mişcarea III), se face cu o bucşă elastică cu mecanism şurub-piuliţă de blocare, acţionat de maneta (10). Rigla de ghidare (4) se poate poziţiona şi sub unghiuri diferite de 900 faţă de arborele portcuţite (după mişcarea IV), prin poziţionarea braţului (5) înclinat faţă de axa longitudinală a meselor (2). Blocarea în poziţia dorită se face tot de la bucşa elastică cu mecanism şurub-piuliţă de blocare, acţionat de maneta (10).

În cazul maşinilor de frezat cu ax vertical inferior (MNF – 10) bazarea pieselor de prelucrat se face pe trei suprafeţe de sprijin (fig.5.48).

Fig. 5.48. Bazarea pe maşina de frezat cu ax vertical MNF – 10.

Piesa de lemn de prelucrat – p – se poziţionează cu faţa de bazare pe suprafaţa de sprijin S1 – a mesei maşinii (1) şi cu suprafeţe de prelucrat (cantul piesei) pe rigla de ghidare anterioară (2) – cu suprafaţa de sprijin S2 şi pe rigla de ghidare posterioară (3) – cu suprafaţa de sprijin S3. Riglele de ghidare se poziţionează independent faţă de circumferinţa frezei F astfel:

• Rigla de ghidare anterioară (2) se poziţionează pe suportul (5) la o distanţă – h – egală cu adâncimea de frezare faţă de circumferinţa frezei F. Mişcarea de poziţionare a suportului riglei de ghidare anterioare (2) se realizează cu ajutorul unui mecanism şurub-piuliţă, acţionat manual de la roata de mână (7) şi se blochează în poziţia dorită cu maneta (8).

• Rigla de ghidare posterioară (3) se poziţionează pe suportul (4) astfel încât suprafaţa de sprijin a acesteia – S3 – să fie tangentă la circumferinţa frezei F. Mişcarea de poziţionare a suportului riglei de ghidare posterioare (3) se realizează cu ajutorul unui mecanism şurub-piuliţă, acţionat manual de la roata de mână (6) şi se blochează în poziţia dorită cu maneta (9).

La unele ferăstrae circulare de debitat panouri (fig.5.49) rigla de ghidare poate fi poziţionată pe masa fixă (fig.5.49.a), pentru tăieri longitudinale sau pe masa mobilă (fig.5.49.b) pentru tăieri transversale (retezări).

171

a.

b.

Fig. 5.49. Bazarea cu ajutorul riglelor de ghidare la ferăstrău

circular de debitat panouri.

Pentru efectuarea tăieturilor longitudinale (sau spintecări), rigla de ghidare (2) se poziţionează pe masa fixă a maşinii (5) la o distanţă faţă de pânza circulară egală cu lăţimea de tăiere necesară (fig.5.49.a).

Panoul de prelucrat se poziţionează pe masa mobilă (1) şi se deplasează o dată cu aceasta pentru realizarea mişcării de avans.

Pentru efectuarea operaţiei de retezare (tăiere transversală), rigla de ghidare (2) este montată pe masa mobilă (1) şi este prevăzută la capăt cu un reazem suplimentar (3) pentru limitarea lungimii de tăiere (fig.5.49.b). În ambele cazuri, zona de tăiere (pânza circulară deasupra mesei) este protejată cu o apărătoare de protecţie (4).

Poziţionarea riglei de ghidare la cota dorită se poate face manual sau cu lanţ cinematic auxiliar de poziţionare cu acţionare electrică. În cazul poziţionării manuale, la ferăstraele circulare moderne, există diverse dispozitive de indexare a poziţiei riglei de ghidare pentru a se obţine cherestea tivită cu lăţime prestabilită (fig.5.50).

Fig. 5.50. Riglă de ghidare cu dispozitiv de indexare a poziţiei

de lucru la un ferăstrău circular de tivit.

Poziţionarea panourilor din plăci la maşina de burghiat multiplu se face cu ajutorul unor rigle de sprijin care au rol de sprijin lateral al panoului (fig.5.51 a şi b).

172

a. Maşina de burghiat multiplu UNIKA 29

b. Maşina de burghiat multiplu UNIKA 35

Fig. 5.51. Riglă de sprijin cu opritoare la maşini de burghiat multiplu realizate de firma MORBIDELLI.

Riglele de sprijin 1 – 1’ se pot poziţiona pe masa maşinii la distanţe corespunzătoare

lăţimii sau lungimii panoului (funcţie de modul de aşezare a acestuia pe masa maşinii). Reazemele rabatabile 2 – 2’, fixate pe riglele de sprijin 1 – 1’, permit sprijinirea suplimentară a panoului astfel încât fixarea acestuia pe masa maşinii, cu ajutorul dispozitivelor de fixare pneumatice 3 şi 4, să asigure o precizie de prelucrare corespunzătoare.

La agregatele de burghiat multiplu cu comandă numerică, realizate de firma

MORBIDELLI (fig.5.52), riglele de sprijin 1 sunt fixate pe unităţile de lucru 3 astfel încât dispozitivele pneumatice de fixare – 2 – să preseze panoul de prelucrat pe riglele de sprijin – 1 – în vederea asigurării unei fixări corecte.

Fig. 5.52. Riglă de sprijin la agregate de burghiat multiplu cu

comandă numerică (MORBIDELLI).

Poziţionarea riglei de sprijin se face o dată cu poziţionarea unităţilor de lucru – 3 – pe batiu, iar dispozitivele de fixare pneumatice – 2 – se poziţionează pe travesa superioară astfel încât să preseze panoul pe rigla de sprijin în acelaşi plan cu aceasta.

IX.1.3.3. Reazeme şi opritoare

Reazemele şi opritoarele sunt dispozitive de lucru care asigură o suprafaţă de sprijin

suplimentară pentru prelucrarea de piese din lemn cu lungimi sau lăţimi egale pentru un lot de

173

piese. Aceste dispozitive – reazeme şi opritoare – se poziţionează pe riglele de sprijin şi pot fi rabătute în plan vertical atunci când utilizarea lor nu este necesară (fig.5.53).

a. b.

Fig. 5.53. Reazeme articulate la un ferăstrău circular de debitat panouri.

În figura 5.53.a se observă că, pentru debitarea panoului – 4 – la o anumită lungime,

reazemul – 3 – este poziţionat corespunzător pe rigla de sprijin 2. Aceasta este fixată pe masa mobilă – 1 – perpendicular pe planul de tăiere iar reazemul – 3 – se poate poziţiona pe rigla de sprijin – 2 – la diferite distanţe de planul pânzei circulare.

În figura 5.53.b reazemul – 3 – este rabătut în plan vertical deoarece operaţia de tăiere are drept scop numai o retezare la un capăt, fără cerinţe stricte legate de lungimea panoului.

Pentru asigurarea unei precizii de prelucrare corespunzătoare la maşinile de burghiat şi scobit orizontal (fig.5.54), pe masa acestora se fixează un reazem – 1 – care are rolul de a sprijini piesa de lemn de prelucrat – 2 – şi de opritor de capăt (sprijin suplimentar pe cantul scurt).

a. b.

Fig. 5.54. Reazem fix cu opritor la o maşină de burghiat şi scobit orizontal.

Reazemul fix cu opritor – 1 – are acelaşi rol funcţional (de bazare corectă a piesei de prelucrat – 2 – pe masa maşinii – 3) atât pentru operaţia de burghiere – fig.5.54.a cât şi pentru operaţia de scobire – fig.5.54.b.

Pentru maşinile-unelte cu comandă numerică – MUCN – şi centrele de prelucrare cu comandă numerică – CPCN – opritoarele au un rol deosebit de important în poziţionarea corectă a panourilor deci, în asigurarea unei precizii de lucru corespunzătoare – deoarece funcţie de poziţia lor, se programează şi punctul de origine al piesei. Aceste opritoare (sau limitatoare de capăt) se poziţionează pe segmentele de masă (tronsoanele mobile) şi pot fi fixe (fig.5.55.a) sau articulate (fig.5.55.b).

174

a. b.

Fig. 5.55. Opritoare fixe şi articulate la CPCN U550 (Firma MORBIDELLI). Opritoarele fixe – 1 – (fig.5.55.a) şi cele articulate – 2 - (fig.5.55.b) sunt fixate pe

tronsoanele mobile (segmente de masă) care asigură o bună fixare a panoului – 3. După fixarea panoului – 3 – cu ajutorul vacuumului, opritoarele articulate – 1 – se pot rabate lateral astfel încât să se poată prelucra panoul pe ambele canturi (fig.5.55.b).

În unele cazuri, opritoarele pot fi cu dublă funcţionalitate: opritor şi dispozitiv de fixare (fig.5.56).

a. CPCN – U-550 – MORBIDELLI b. CPCN – ROVER – 13 S - BIESSE Fig. 5.56. Opritoare cu dubă funcţionalitate.

Opritoarele 1 şi 1’ sunt prevăzute cu plăcuţe metalice (fig.5.56.a) sau cu discuri din materiale plastice rigide (fig.5.56.b) astfel încât să permită fixarea panoului – 3 – pe tronsonul mobil (segmentul de masă – 2). Acţionarea opritorului pentru realizarea mişcării auxiliare de fixare a piesei pe segmentul de masă se face pneumatic, cu ajutorul unor motoare pneumatice de tip cilindru-piston cu tijă unilaterală şi dublu efect. Tija cilindrului cu piston joacă şi rol de opritor. În aceste cazuri, opritoarele pot fi considerate şi dispozitive de strângere şi fixare a pieselor de prelucrat pe masa CPCN (segmentul de masă).

IX.1.3.4. Mecanisme de avans speciale

Bazarea pieselor din lemn, la maşinile-unelte pentru prelucrarea lemnului la care operaţia de prelucrare se realizează prin trecere, se poate face şi pe elementele finale (sau verigile de execuţie) ale lanţului cinematic de avans, cum ar fi: transportatoare cu şenile, transportatoare cu lanţ şi racleţi sau transportatoare cu benzi din cauciuc sau curele trapezoidale.

Utilizarea unui anumit tip de mecanism de avans (element final sau verigă de execuţie) este determinată – în principal – de tipul şi destinaţia maşinii, respectiv precizia de prelucrare necesară pentru operaţia respectivă.

Astfel, în cazul ferăstraelor circulare de tivit şi spintecat care asigură prelucrarea cherestelei imediat după debitarea la gatere sau ferăstrae panglică, mecanismul de avans va fi de tip transportor cu şenilă sau role de avans acţionate. Un astfel de ferăstrău circular de tivit

175

şi spintecat cu mecanism de avans cu şenilă este prezentat în fig.5.57.a iar detaliul constructiv al şenilei în fig.5.57.b.

a. Vedere generală b. Detaliu constructiv şenilă Fig. 5.57. Mecanism de avans cu şenilă la un ferăstrău circular de tivit şi

spintecat – ABM 300 (Firma BAUERLE).

Mecanismul de avans cu şenilă – 1 – asigură realizarea mişcării de avans a piesei din lemn de prelucrat care se poziţionează pe masa maşinii – 2 – şi faţă de rigla gradată – 3 – (fig.5.57.a) în vederea spintecării (tivirii) pe o anumită lăţime.

În figura 5.57.b este prezentat un detaliu constructiv al mecanismului cu şenilă, respectiv modul în care plăcuţele articulate – 1 – se sprijină şi glisează pe ghidajele 2, fixate în masa maşinii. Bazarea piesei din lemn de prelucrat (cherestea netivită sau semitivită) se face pe suprafaţa de sprijin a plăcuţelor articulate – 1 – ale transportorului cu şenilă iar traiectoria de deplasare liniară este asigurată de ghidajele fixe – 2.

Avantajoase în cazul unor mecanisme de avans care necesită forţe de tracţiune mari, mecanismele de avans cu şenilă prezintă dezavantajul unei funcţionări neuniforme, generatoare de vibraţii şi forţe de frecare mari. De aceea, la maşinile-unelte agregat de formatizat, maşinile-unelte pentru prelucrări de precizie, transportoarele cu şenilă sunt înlocuite cu mecanisme de avans cu lanţ cu racleţi cu presare elastică a panoului (piesei de prelucrat) pe transportor. Aceste mecanisme se întâlnesc în două variante constructive (fig.5.58): cu racleţii dispuşi în faţa panoului (fig.5.58.a) şi cu racleţii dispuşi în spatele acestuia (fig.5.58.b).

a.

b.

Fig. 5.58. Mecanisme de avans cu transportoare cu lanţ şi racleţi cu

presare elastică a panoului pe transportor.

Transportorul – 1 – cu racleţii – 2 – asigură bazarea panoului de prelucrat – 4 – pe lanţul transportorului şi rezemarea suplimentară a acestuia pe racletele 2, dispus, la partea anterioară a panoului (în sensul mişcării de avans). În acest caz, transportorul cu bandă – 3 – cu presare elastică a panoului – 4 – pe lanţul transportor – 1 – va avea o viteză de deplasare mai mare

176

decât viteza de avans – u – (u’ > u), astfel încât să asigure împingerea panoului spre racletele – 2 – şi bazarea corectă a acestuia.

În cazul în care racletele – 2 – este dispus la partea posterioară a panoului – 4 – fig.5.58.b, transportorul cu bandă – 3 – cu presare elastică a panoului – 4 – pe transportorul – 1 – va avea o viteză liniară mai mică decât viteza de avans – u – (u’ < u).

La agregatele de burghiat multiplu cu comandă numerică, realizate de diferite firme producătoare, mecanismele de avans ale panourilor ce urmează a fi prelucrate sunt formate din transportoare cu curele trapezoidale multiple, antrenate de un ax comun (fig.5.59).

Fig. 5.59. Mecanisme de avans cu transportoare cu curele trapezoidale la

agregatul de burghiat multiplu CNC – TRIA 6000 (Firma MORBIDELLI).

Mecanismele de avans de alimentare – 1 – şi de evacuare – 2 – (fig.5.59) sunt de tipul transportoarelor cu curele trapezoidale multiple, acţionate de la un ax comun şi cu funcţionare intermitentă. În timpul realizării fixării panoului şi prelucrării acestuia (realizarea prin burghiere a scobiturilor cilindrice), acţionarea transportorului de avans este oprită. Aceste tipuri de mecanisme de avans asigură deplasări cu viteză de alimentare mari, ceea ce permite ritmuri de lucru de 15 – 25 panouri prelucrate/minut şi precizii de prelucrare ridicate.

Pentru asigurarea unor precizii de lucru ridicate, atât la maşinile-unelte care lucrează prin trecere cât, mai ales, la cele care lucrează pe poziţie, sunt necesare şi diverse dispozitive de presare, strângere şi fixare.

IX.1.3.5. Dispozitive de presare, strângere şi fixare

Precizia de prelucrare pe maşinile-unelte pentru prelucrarea lemnului, atât pentru maşinile-unelte care lucrează prin trecere cât şi pentru cele care lucrează pe poziţie, depinde în mod hotărâtor de bazarea corectă a acestora pe suprafaţa de sprijin a mesei maşinii.

Pentru aceasta, structura organologică a maşinilor-unelte trebuie să conţină şi diverse dispozitive de presare, strângere şi fixare a pieselor din lemn de prelucrat pe suprafaţa de sprijin a mesei maşinii. Astfel, în cazul mecanismelor de avans cu role sau valţuri de avans, la maşinile-unelte care lucrează prin trecere, presarea elementelor acţionate (role sau valţuri) pe piesa de prelucrat se realizează prin diverse tipuri de mecanisme mecanice care să asigure o presare elastică (fig.5.60).

177

a. b.

Fig. 5.60. Dispozitiv de presare elastică, cu arc.

Piesa din lemn de prelucrat – 1 – se poziţionează pe masa maşinii – 2 – astfel încât să fie preluată de valţul de avans – 4 – şi antrenată în mişcarea de avans după direcţia u. Înainte de preluarea piesei (fig.5.60.a) arcul – 5 – este destins iar braţul articulat – 3 – prin care este fixat valţul – 4 – de batiul maşinii este poziţionat la o distanţă faţă de suprafaţa de sprijin a mesei mai mică decât grosimea piesei din lemn – 1. La preluarea piesei, pentru realizarea mişcării de avans – u (fig.5.60.b), braţul articulat – 3 – este deplasat în plan vertical, comprimând arcul – 5 – realizând astfel forţa de presare necesară asigurării forţei de tracţiune pentru realizarea mişcării de avans.

Cursa braţului articulat – 3 – în plan vertical este relativ mică (5…15 mm) fiind dependentă de săgeata maximă a arcului – 5. Această variantă constructivă se întâlneşte la maşinile de rindeluit la grosime, maşinile de rindeluit şi profilat pe 4 feţe, dispozitive de avans mecanic cu role, tip DAM etc. La unele maşini-unelte agregate presarea elastică se realizează prin mecanisme de presare cu curele trapezoidale (fig. 5.61) care asigură tot o presare elastică dar săgeata este mai mică (0,5….5 mm).

Fig. 5.61. Dispozitiv de presare elastică, cu curele trapezoidale.

Piesa din lemn de prelucrat – 1 – de regulă sub formă de placă sau panou – este presată pe plăcuţa articulată a transportorului de avans 2 cu ajutorul a două dispozitive de presare cu curele trapezoidale 3 antrenate de roţile de curea 4.

Pentru maşinile-unelte care lucrează pe poziţie, bazarea corectă implică nu numai o poziţionare precisă faţă de un reazem sau o riglă de sprijin ci şi o strângere şi o fixare corespunzătoare. De aceea, la maşinile de burghiat multiplu, la agregatele de burghiat multiplu, cu sau fără comandă numerică, se întâlnesc dispozitive de strângere şi fixare de tip cilindru-piston cu tijă unilaterală şi simplu (sau dublu) efect (fig.5.52).

La maşina de burghiat multiplu MF 475, realizată de firma Morbidelli, dispozitivele de strângere şi fixare – 2 – (fig.5.52) sunt poziţionate pe traversa superioară a batiului astfel încât să asigure strângerea şi fixarea panoului de prelucrat pe rigle de sprijin 1.

Aceste dispozitive de strângere şi fixare sunt de tip cilindru-piston cu tijă unilaterală cu simplu (sau dublu) efect.

La maşinile de frezat cu comandă numerică şi la majoritatea centrelor de prelucrare cu comandă numerică – CPCN – fixarea pieselor din lemn de prelucrat pe segmentele de masă (tronsoane mobile) se poate face fie cu dispozitive de fixare cu vacuum (fig.5.62) fie cu

178

dispozitive de strângere şi fixare cu acţionare pneumatică, de tip cilindru-piston cu tijă unilaterală, la care tija pistonului joacă şi rol de opritor lateral (fig.5.56.a)

Fig. 5.62. Dispozitiv de fixare cu vacuum la CNC – U60 (Firma

MORBIDELLI). Dispozitivele de fixare cu vacuum utilizate la CNC-urile realizate de firma Morbidelli

(fig.5.62) pot fi sub formă circulară – 3 – sau dreptunghiulară – 4. Aceste dispozitive sunt montate pe segmentele de masă 1 şi 2, pe poziţii determinate de forma şi dimensiunile piesei de prelucrat. Forma constructivă a unui astfel de dispozitiv de fixare cu vacuum este prezentată în fig.5.63.

Fig. 5.63. Dispozitiv de fixare cu vacuum, pentru piese mici.

Forma constructivă (CNC – U50 – MORBIDELLI). Suprafaţa de sprijin – 1 – pe care se bazează piesa din lemn de prelucrat (fig.5.63) este

delimitată de un cordon elastic din cauciuc – 2 – fixat într-un canal frezat pe suprafaţa respectivă. La poziţionarea piesei de prelucrat pe suprafaţa de sprijin, cordonul elastic – 2 – aderă la suprafaţa de bazare a piesei realizând o incintă închisă din care aerul este evacuat prin duzele – 5 – legate prin racordul – 4 – la pompa de vid. Corpul dispozitivului – 3 – permite poziţionarea acestuia pe segmentul de masă (tronsonul mobil) în diferite poziţii, funcţie de forma şi dimensiunile piesei din lemn de prelucrat.

De menţionat că, la maşinile-unelte moderne, dispozitivele de strângere şi fixare (inclusiv cele pentru poziţionare şi strângere laterală) sunt de tip cilindru-piston cu tijă unilaterală, cu simplu sau dublu efect, cu acţionare pneumatică.

IX.1.4. Saboţi şi sănii

Suporţii şi săniile sunt subansambluri specifice ale structurii organologice a maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului care se montează – de regulă – pe batiul acesteia şi asigură realizarea unor mişcări auxiliare sau de avans, rectilinii – alternative sau de rotaţie. Pe suporţi şi sănii se montează alte componente din structura maşinii-unelte, astfel:

179

Suporţii – sunt subansambluri pe care se montează mesele sau capetele de lucru ale maşinii, caz în care ei poartă denumirea de suport al mesei respectiv suport al capului de lucru.

Săniile – sunt subansambluri din structura maşinilor-unelte pe care se montează suporţii sau alte subansambluri mobile.

În cazul unei maşini de burghiat şi scobit orizontal, fig.5.64, capul de lucru format din motorul electric (1) pe axul căruia se fixează burghiul – 3 – cu ajutorul mandrinei 2, se montează pe suportului capului de lucru 4. Acesta este montat pe batiul – 5 – prin intermediul articulaţiei – 10 – astfel încât să poată executa mişcarea de oscilaţie u0, în vederea prelucrării scobiturilor dreptunghiulare.

Fig. 5.64. Suportul capului de lucru şi suportul mesei la o

maşină de burghiat şi scobit orizontal. Masa maşinii – 6 – se sprijină pe suportul mesei – 7 prin intermediul ghidajelor – 12 – care permit deplasarea mesei – 6 – cu piesa de prelucrat fixată pe masă, după direcţia mişcării de avans ul. Suportul mesei – 7 – se poate poziţiona în plan vertical (mişcarea I) faţă de batiul – 5 – pe ghidajele acestuia – 11. Mişcarea de poziţionare în plan vertical a suportului mesei – 7 pe ghidajele batiului – 11 – se efectuează de către lanţul cinematic auxiliar de poziţionare care are ca sursă de mişcare roata de mână – 8, acţionată manual, ca sursă de mişcare şi mecanismul şurub-piuliţă – 9, ca mecanism de transformare a mişcării de rotaţie în mişcare rectilinie. La unele tipuri de maşini de frezat cu ax vertical inferior (maşini normale de frezat – fig.5.65), capul de lucru este format dintr-un motor electric – 1 – o transmisie prin curea lată (sau trapezoidală sau dinţată) – 2 – şi un arbore port-sculă – 3.

Fig. 5.65. Suportul capului de lucru la o maşină de frezat cu ax vertical inferior –

MNF.

180

Dornul port-sculă – 4 – împreună cu freza cilindrică montată pe dorn – 5 –, se fixează pe arborele port-sculă – 3 – cu ajutorul unui cuplaj mecanic – 6 – (alezaj conic şi piuliţă). Aceste componente ale lanţului cinematic de tăiere sunt fixate pe suportul capului de lucru – 7 –, care în acest caz este realizat sub forma unei plăci metalice care, prin intermediul ghidajelor 10÷10`, se montează pe placa rabatabilă – 8, fixată articulat, prin intermediul articulaţiilor – 9 – 9`, pe batiul maşinii – 14. Poziţionarea în plan vertical a suportului capului de lucru – 7 – pe ghidajele – 10 – 10` (după direcţia mişcării I) se efectuează cu un lanţ cinematic auxiliar de poziţionare care are ca sursă de mişcare roata de mână – 11, acţionată manual, o transmisie intermediară prin roţi conice z1 – z2 şi un mecanism şurub – piuliţă – 12, pentru transformarea mişcării de rotaţie în mişcare rectilinie. La maşinile-unelte moderne, la cele cu comandă numerică – MUCN şi la centrele de prelucrare cu comandă numerică – CPCN – suporţii capetelor de lucru şi ai meselor au aceleaşi forme constructive, îndeplinesc aceleaşi funcţiuni, dar sunt acţionate cu ajutorul unor lanţuri cinematice cu surse de mişcare mecanice: motoare electrice sau pneumatice (mai rar motoare hidraulice). Un astfel de exemplu este prezentat în figura 5.66, pentru o maşină de frezat cu comandă numerică, tip FROMMIA CNC – 808.

Fig. 5.66. Structura organologică a maşinii de frezat cu ax superior, cu

comandă numerică, FROMMIA – CNC 808.

Suportul capului de lucru – 14 – se poate deplasa în plan vertical, după direcţia uz, pe

ghidajele – 15 – prelucrate pe batiul – 18 – cu ajutorul unui lanţ cinematic care are ca sursă de mişcare motorul electric ME4, iar ca mecanism de transformare a mişcării de rotaţie în mişcare rectilinie, mecanismul şurub fix – 16 – piuliţă mobilă – 17, (solidară cu suportul capului de lucru 14).

Suportul mesei – 9 – permite deplasarea mesei – 4 – pe ghidajele 5 şi 6 după direcţia mişcării de avans longitudinal – ux. La rândul său, suportul mesei – 9 – se poate deplasa după direcţia mişcării de avans transversal – uy – pe ghidajele – 12 – fixate pe batiul – 18. Mişcarea de avans transversal – uy – pe ghidajele – 12 – fixate pe batiul – 18. Mişcarea de avans transversal uy, realizată de suportul mesei – 9 – se efectuează cu un lanţ cinematic care ca sursă de mişcare motorul electric ME3, iar ca mecanism de transformare a mişcării de rotaţie în mişcare rectilinie, mecanism şurub fix – 10 – piuliţă mobilă – 11 – solidară cu suportul mesei, 9.

181

Oricare ar fi tipul lor constructiv – fix sau mobil – suporţii capetelor de lucru şi ai meselor au forme constructive şi dimensiuni determinate de mărimea şi forma organului (componentei organologice) pe care îl susţin.

În ceea ce priveşte săniile maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului, acestea susţin diverşi suporţi sau alte componente organologice. Astfel, pentru unele tipuri de strunguri longitudinale pentru lemn – fig.5.67 – sania – 1 – a suportului port-cuţit – 2 – asigură deplasarea în plan longitudinal (paralel cu axa piesei de prelucrat), după direcţia mişcării de avans longitudinal – ul – a port-cuţitului – 3, pe ghidajele longitudinale ale batiului – 4.

Fig. 5.67. Sania

suportului port-cuţit la unele strunguri

longitudinale pentru lemn.

Suportul port-cuţit – 2 – se poate deplasa în plan transversal, după direcţia – ut – pe

ghidajele saniei 1, astfel încât să se poată prelucra piesa din lemn cu diametre diferite. În cazul maşinii de frezat cu ax superior – tip FAS – (fig.5.68), sania – 3 – a suportului

mesei – 2 – se poate poziţiona în plan vertical, după direcţia – uv – pe ghidajele – 14 – ale batiului maşinii – 15.

Fig. 5.68. Sania

suportului mesei la o maşină de frezat cu ax

superior – FAS.

Mişcarea de poziţionare se realizează cu un lanţ cinematic care are ca sursă de mişcare roata de mână – 10, o transmisie intermediară formată din angrenajul cu roţi dinţate cilindrice – 11 şi roţi conice – 12, iar ca mecanism de transformare a mişcării de rotaţie în mişcare rectilinie, mecanismul cu şurub – piuliţă – 13 (fig.5.68).

Suportul mesei – 2 – se poate poziţiona în plan orizontal transversal, după direcţia – ut – prin deplasarea lui (împreună cu masa maşinii – 1) pe ghidajele saniei – 16. Mişcarea de poziţionare transversală – ut – se realizează cu un lanţ cinematic care are ca sursă de mişcare roata de mână – 7, acţionată manual, transmisia intermediară este formată din roţile dinţate cilindrice – 8, iar mecanismul de transformare a mişcării de rotaţie în mişcare rectilinie este mecanismul şurub-piuliţă – 9 (şurub mobil, piuliţă fixă).

Pentru maşinile-unelte cu comandă numerică – MUCN şi centrele de prelucrare cu comandă numerică, săniile suporţilor capetelor de lucru se montează pe batiu şi asigură – de regulă – o mişcare de avans în plan orizontal (fig.5.69).

182

Astfel, pentru CPCN – SUPERJUNIOR (fig.5.69), sania – 1 – a suportului 2 al capului de lucru – 3 – se deplasează după direcţia mişcării de avans orizontal longitudinal – ux – pe ghidajele – 4 ale batiului 5. Suportul 2 al capetelor de lucru se deplasează în plan orizontal – transversal, după direcţia mişcării de avans – uy –, pe ghidajele – 6 – ale saniei 1.

Fig. 5.69. Sania suportului capului de lucru la

CPCN – SUPERJUNIOR. Prin urmare aceste componente de organologie: sania şi suportul capetelor de lucru,

participă la procesul de generare a suprafeţelor pieselor din lemn de prelucrat. Precizia de prelucrare va depinde – deci – în mod hotărâtor de precizia de execuţie şi de funcţionare a acestor componente. Similar cerinţelor impuse meselor şi batiurilor, pentru suporţi şi sănii se impun condiţii tehnice legate de asigurarea unei rigidităţi corespunzătoare, a rezistenţei la vibraţii şi, nu în ultimul rând, stabilitate dimensională. De aceea, la construcţia suporţilor şi săniilor se folosesc aceleaşi materiale ca şi la construcţia batiurilor şi meselor.

Forma constructivă a suporţilor şi săniilor, ca subansambluri mobile a maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului, este determinată de o serie de factori ca:

rolul funcţional; natura şi forma traiectoriei de deplasare a subansamblului mobil; necesitatea montării pe acestea a altor componente organologice şi a mecanismelor

lanţului cinematic de acţionare; mărimea forţelor ce acţionează asupra lor; materialul din care sunt realizate şi tehnologia de fabricaţie; precizia de prelucrare a maşinii-unelte etc.

De menţionat şi faptul că precizia de prelucrare pe maşinile-unelte pentru prelucrarea lemnului este influenţată şi de precizia de mişcare a sculelor montate pe axe sau arbori port-sculă.

IX.1.5. Arbori port-cuţite şi axe port-sculă

Arborii port-cuţite şi axele port-sculă constituie subansambluri importante în construcţia oricărei maşini-unelte pentru prelucrarea lemnului deoarece, prin intermediul sculelor tăietoare montate pe ei, se asigură realizarea interacţiunii dintre scula tăietoare şi piesa din lemn de prelucrat, deci se realizează procesul de tăiere. Prin urmare, precizia de funcţionare a acestor componente determină – în mod hotărâtor – precizia de prelucrare pe maşina respectivă.

Având în vedere faptul că, de regulă, scula tăietoare montată pe arbori sau axe adecvate realizează mişcarea de tăiere, generarea suprafeţelor pieselor din lemn este determinată de

183

precizia de funcţionare a acestor subansambluri. Oricare ar fi, deci, forma lor constructivă şi cerinţele comune în realizarea lor, ca organe de maşini, se impune şi evidenţierea unor cerinţe specifice ale acestora, cum ar fi:

• să asigure transmiterea uniformă şi cât mai precisă a mişcării de rotaţie, cu limitarea cât mai strânsă a bătăii radiale şi a celei axiale;

• să aibe o rigiditate cât mai mare pentru a asigura deformaţii cât mai mici în timpul lucrului;

• influenţa deformaţiilor termice şi a altor surse perturbatoare, de vibraţii, să fie cât mai reduse;

• să asigure o rezistenţă cât mai mare la uzură pe suprafeţele de lucru; • să permită fixarea sigură, rapidă şi precisă a sculei etc.

La maşinile-unelte pentru prelucrarea lemnului forma subansamblului arbore port-cuţite sau ax port-sculă (inclusiv lagărele folosite) este foarte diversă şi depinde de următorii factori:

• rolul funcţional al subansamblului; • tipul acţionării şi al transmisiei utilizate; • forma şi modul de montare a sculelor pe ax; • tipul şi dimensiunile lagărelor utilizate.

În general se întâlnesc două tipuri constructive de arbori şi axe la maşinile-unelte pentru prelucrarea lemnului:

a) arbori şi axe la care scula se montează în consolă; b) arbori şi axe la care scula se montează între lagăre.

IX.1.5.1. Arbori port-cuţite şi axe port-sculă la care scula se montează în consolă

Arborii port-cuţite şi axele port-sculă pe care sculele se montează în consolă sunt

variantele constructive cele mai des întâlnite în construcţia maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului. Acest lucru se datorează faptului că montajul în consolă permite o montare rapidă, sigură şi rigidă a sculei. Asigurarea de condiţii tehnice pentru reducerea timpilor auxiliari – din care un loc important îl reprezintă timpul pentru schimbarea sculei – reprezintă o cerinţă importantă pe care constructorii de maşini-unelte o iau în considerare întotdeauna la proiectarea de noi maşini-unelte sau la modernizarea celor existente.

Montarea sculei în consolă, pe axul port-sculă, se întâlneşte atât în cazul lanţurilor cinematice de tăiere cu transmisii intermediare prin curele (late, trapezoidale sau dinţate), cât şi în cazul structurilor simple de lanţuri cinematice de tăiere, fără transmisii intermediare.

Fig. 5.70. Ax port-sculă cu montarea sculei în consolă, la un

ferăstrău circular.

184

Astfel, în fig.5.70, axul port-sculă – 2 este montat în carcasa – 1 – prin intermediul lagărelor – 3 şi – 4 – (cu sisteme de etanşare corespunzătoare a rulmenţilor). La un capăt al axului este montată pânza circulară – 6, cu flanşe adecvate de fixare, iar la celălalt capăt este montată roata de curea – 5 (curea lată), care asigură transmiterea mişcării de rotaţie de la motorul electric (ca sursă de mişcare) la axul port-sculă (ca organ acţionat sau verigă de execuţie).

Elementul de transmitere a mişcării de la sursa de mişcare la axul port-sculă poate fi o curea lată (fig.5.70) sau curea trapezoidală (fig.5.71 sau curea dinţată (la maşinile-unelte moderne).

Fig. 5.71. Ax port-sculă cu transmisie prin curea trapezoidală în

patru trepte.

Axul port-sculă – 1 este montat pe suportul – 2 prin intermediul lagărelor – 5 (fig.5.71). Motorul electric – 3, ca sursă de mişcare a lanţului cinematic de tăiere, transmite mişcarea de rotaţie axului – 1 – prin intermediul transmisiei prin curea trapezoidală – 6, în patru trepte, astfel încât turaţiile sculei vor fi: 3000 ÷ 4000 ÷ 5000÷ 6000 rot/min. Pentru schimbarea curelei – 6 pe treapta dorită şi realizarea turaţiei sculei necesare, motorul electric – 3 este fixat de suportul axului port-sculă – 2 prin intermediul articulaţiei – 4, astfel încât întinderea curelei se face prin greutatea proprie a motorului. Necesitatea reglării în patru trepte a turaţiei sculei este determinată de faptul că, pentru acest ferăstrău circular, se pot utiliza pânze circulare cu diametre: Ds min = 250 mm şi Ds max = 450 mm. Astfel, pentru a se obţine viteze optime de tăiere (voptim = 70 ÷ 80 m/s), pentru diametrul pânzei circulare Ds = 250 mm turaţia axului port-sculă va fi ns = 6000 rot/min, iar pentru diametrul pânzei circulare Ds = 450 mm turaţia axului port-sculă va fi ns = 3000 rot/min.

În cazul unor ferăstraie circulare de retezat care utilizează pânze circulare cu diametre Ds ≥ 400 mm, acestea se montează direct pe axul motorului electric (fig.5.72).

Fig.5.72. Montarea pânzei circulare, în consolă, direct pe

axul motorului electric.

185

Pânza circulară – 1 – este montată direct pe axul – 2 – al motorului electric – 4 (fig.5.72). Carcasa motorului electric – 4 – are o construcţie specială, în sensul că ea conţine un lagăr suplimentar – 3, care să asigure o rigiditate superioară şi o stabilitate superioară în timpul lucrului.

Un exemplu tipic de ax port – sculă la care scula se montează în consolă îl întâlnim la maşinile de frezat cu ax vertical inferior maşini normale de frezat – MNF (fig.5.73).

Fig.5.73. Ax port-sculă cu montarea sculei în consolă la MNF-10.

Arborele port-sculă – 1 – este montat în carcasa – 2 – prin intermediul lagărelor cu

rostogolire (rulmenţii – 5 şi 6 – fig.5.73). Etanşarea montajului cu rulmenţi se face cu ajutorul capacelor – 4 şi 9 şi a bucşelor de etanşare 7 şi 8. Antrenarea arborelui se face de către roata de curea lată – 3. Fixarea dornului cu scula (freza cilindrică dreaptă sau profilată) pe arbore se face “pe con”, aşa cum se observă în figura 5.74.

Fig. 5.74. Sistemul de

fixare a dornului port-sculă pe arbore

la MNF – 10.

Montarea dornului port-freză – 2 – pe arborele – 1 – se face cu ajutorul piuliţei de

fixare-blocare 3 (fig.5.74). Freza cilindrică (dreaptă sau profilată – 4) se montează pe porţiunea cilindrică a dornului port-freză – 2 – cu ajutorul inelelor distanţiere – 5 şi a piuliţei 6. Soluţia de montare cu dorn port-freză este determinată de faptul că frezele cilindrice au diametre ale alezajului d = 25 ÷ 30 ÷ 35 ÷ 40 mm, funcţie de diametrul lor exterior. Prin urmare, fiecare maşină de frezat cu ax vertical inferior, tip MNF, va fi echipată cu seturi de două la patru dornuri port-freză, cu diametrele părţii cilindrice a dornului de 25 ÷ 30 ÷ 35 sau 40 mm. Porţiunea conică a dornurilor va fi identică la toate cele trei dornuri, astfel încât, funcţie de necesităţi, să poată fi montat pe arbore dornul port-freză corespunzător diametrului alezajului frezei (diametrul interior, d).

186

La maşinile-unelte cu comandă numerică – MUCN şi, mai ales, la unele centre de prelucrare cu comandă numerică – CPCN, montarea în consolă a mandrinei port-sculă se face direct pe axul motorului electric, cu centrare “pe con” (fig.5.75).

Fig. 5.75. Montaj în consolă a mandrinelor port-sculă la CPCN – ROVER 27.

Mandrina port-sculă – 2 – se montează printr-un alezaj conic standard direct pe axul

motorului electric – 1 (fig.5.75). Pe acelaşi motor electric se pot monta, funcţie de necesităţi, diverse mandrine port-sculă, cum ar fi: ♦ B – mandrină port-freză, cu freză cu coadă dreaptă; ♦ C – mandrină cu două axe orizontale pentru freză disc sau pânză circulară cu diametrul

de 180 mm; ♦ D – mandrină port-freză (sau burghiu) cu înclinarea axei în plan vertical (0 ÷ 900); ♦ E – mandrină port-freză pentru frezare orizontală cu freză cu coadă; ♦ F – mandrină port-sculă cu pânză circulară; ♦ G – mandrină port-burghie pentru burghiere pe cant (în plan orizontal); ♦ H – mandrină port-burghiu pentru burghiere în plan vertical; ♦ I – dispozitiv pneumatic.

Toate aceste mandrine pot fi stocate în magazia de scule şi montate automat, funcţie de

succesiunea operaţiilor de prelucrare, pe axul motorului electric cu o “mână” mecanică sau un dispozitiv mecanic de poziţionare şi montare automată a mandrinelor port – scule pe axul motorului electric.

În cazul în care montarea mandrinelor port-scule se face manual şi pentru freze cu coadă – în general – fixarea şi centrarea lor pe axele motoarelor electrice se face “pe con: cu piuliţă de strângere (fig.5.76).

a. b. c.

Fig. 5.76. Sisteme de montare a frezelor cu coadă, în consolă, direct pe axul motorului electric.

187

În fig.5.76,a se prezintă varianta constructivă întâlnită la unele maşini de frezat de sus, tip FAS, la care mandrina port-sculă – 2 este fixată pe arborele – 1 cu ajutorul piuliţei – 3. Freza cu coadă – 4 este montată excentric în mandrina – 2. În fig.5.76,b freza cu coadă profilată – 4, este montată centric pe dornul port-sculă – 2, iar acesta este fixat “pe con”, în arborele – 1, cu ajutorul piuliţei 3. O altă variantă constructivă (întâlnită şi la unele maşini de burghiat) utilizează o bucşă elastică – 2 care se montează în arborele – 1, împreună cu freza cu coadă – 4, prin strângerea cu piuliţa 3 (fig.5.76.c).

În cazul unor arbori port-cuţite lungi sau axe port-scule cu mai multe scule montate pe un ax, montarea în consolă nu mai este posibilă, de aceea se utilizează, ca soluţie constructivă, montarea între lagăre.

IX.1.5.2. Arbori port-cuţite şi axe port-sculă la care scula se montează între lagăre

Particularităţile prelucrării mecanice a lemnului fac ca şi maşinile-unelte pentru prelucrarea lemnului să prezinte o serie de particularităţi faţă de celelalte maşini-unelte.

Astfel, construcţia arborilor port-cuţite la maşinile de rindeluit la grosime, la maşinile de îndreptat, maşini de rindeluit pe două sau mai multe feţe, cilindri de şlefuit, ferăstraie circulare multiple etc, să se realizeze în varianta constructivă cu scula montată între lagăre. Cel mai elocvent exemplu este arborele port-cuţite la maşina de îndreptat – fig.5.77.

Fig. 5.77. Arbore port-cuţite la o maşină de îndreptat.

Arborele port-cuţite – 1 (fig.5.77) este fixat între lagărele – 2 şi – 4 şi antrenat în

mişcare de rotaţie (mişcarea de tăiere) de roata de curea – 3. Această soluţie constructivă este impusă de faptul că lungimea arborelui trebuie să fie mai mare decât lăţimea mesei maşinii (LA = lm + 10 mm). În cazul unei maşini de îndreptat MI5, cu lăţimea mesei lm = 500 mm, lungimea arborelui va fi LA = 510 mm (lungimea părţii active, adică lungimea cuţitelor montate pe arbore). Situaţie similară se întâlneşte la maşinile de rindeluit la grosime, ferăstraie circulare de spintecat multiplu etc.

De menţionat şi faptul că, în afara arborilor port-cuţite şi a axelor port-sculă, structura organologică a maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului mai conţine şi o serie de arbori intermediari care susţin diverse componente din structura lanţului cinematic de tăiere cum ar fi: volanţii ferăstraielor panglică, roţile de curea şi volanţii cu mecanismele bielă-manivelă la gatere etc. De regulă, aceşti arbori fac parte din structura mecanismelor de transformare a mişcării de rotaţie în mişcare rectilinie-continuă (arborii intermediari cu volanţi la ferăstraie panglică) sau rectilinie-alternivă (arborii cu volanţi şi mecanism bielă-manivelă la gatere).

IX.1.6. Test de evaluare a cunoştinţelor 1. Completaţi spaţiile libere pentru a defini noţiunea de bazare: Se poate defini bazarea ca fiind acţiunea de .... (aşezare) a .... din lemn de

prelucrat pe anumite .... de sprijin în vederea realizării procesului de ...., de realizare a unei anumite .... de tăiere.

188

Unitatea de învăţare X.1. Sisteme de comandă ale MUPL.

Cuprins

X.1.1. Introducere ....................................................................................................... 188 X.1.2. Competenţe ...................................................................................................... 188 X.1.3. Definirea, structura şi clasificarea sistemelor de comandă .............................. 188

X.1.3.1. Definirea conceptului de comandă..................................................... 189 X.1.3.2. Structura sistemelor de comandă ....................................................... 190 X.1.3.3. Clasificarea sistemelor de comandă ................................................... 191

X.1.4. Sisteme de comandă manuală .......................................................................... 191 X.1.4.1. Cerinţe ergonomice ale sistemelor de comandă manuală.................. 191 X.1.4.2. Sisteme de comandă manuală cu elementele mecanice..................... 193 X.1.4.3. Sisteme de comandă manuală cu elemente electrice ......................... 196

X.1.5. Test de evaluare ............................................................................................... 201

X.1.1. Introducere Această unitate de învăţare este destinată familiarizării studenţilor cu

modalităţile de comandă specifice MUPL. Sistemele de comandă manuală vor fi însuşite în concordanţă cu cerinţele

ergonomice ale acestora.

X.1.2. Competenţe După parcurgerea acestei unităţi de învăţare, studentul va fi capabil să: ● definească noţiunea de „comandă”; ● explice structura şi clasificarea sistemelor de comandă; ● descrie principalele tipuri de sisteme de comandă manuală.

Durata medie de parcurgere a acestei unităţi de învăţare este de 3 ore.

X.1.3. Definirea, structura şi clasificarea sistemelor de comandă

Maşinile-unelte pentru prelucrarea lemnului (MUPL) trebuie să asigure desfăşurarea

procesului de tăiere în vederea obţinerii unei anumite piese din lemn sau realizarea unei anumite operaţii de prelucrare mecanică a lemnului.

Coordonarea tuturor fazelor de lucru, legate direct de maşina-unealtă se realizează prin intermediul sistemelor de comandă. Acestea sunt constituite din diferite dispozitive şi

189

echipamente, de la forma cea mai simplă (sistemele de comandă manuală) la cele mai complexe, automatizate (sisteme de comandă automată convenţională, numerică sau adaptivă).

Sistemele de comandă fac parte integrantă din construcţia maşinilor-unelte, având o deosebită importanţă în exploatarea raţională a acestora. Aceste sisteme sunt în dependenţă directă cu cel care deserveşte maşina-unealtă, în sensul că efortul lui să fie minim, dar cu randament maxim în realizarea obiectivului pentru care este destinată comanda.

Tendinţele actuale în construcţia MUPL converg spre mărirea preciziei de prelucrare, asigurarea creşterii capacităţii de lucru, a reducerii efortului fizic şi intelectual al muncitorului, situaţii ce impun şi perfecţionarea sistemelor de comandă. Astfel, se constată trecerea de la sistemele de comandă manuală la sisteme de comandă automate, cu mare precizie în funcţionare.

X.1.3.1. Definirea conceptului de comandă

Prelucrarea oricărei piese din lemn, realizarea celei mai simple operaţii de prelucrare mecanică a lemnului pe o maşină-unealtă, presupune cunoaşterea unor date iniţiale legate de forma geometrică a acesteia, dimensiunile, precizia de prelucrare, rugozitatea suprafeţelor prelucrate şi regimul de tăiere. Toate aceste informaţii sunt prezentate în fişa tehnologică (sau fişa plan de operaţii) şi în desenul de execuţie al piesei.

Totalitatea datelor iniţiale, rezultate din desenul de execuţie şi fişa tehnologică, necesare prelucrării unei piese printr-un procedeu oarecare de tăiere pe o maşină-unealtă reprezintă informaţiile de lucru.

Cum maşina-unealtă "înţelege" numai semnale de natură fizică bine determinate, este necesară transformarea informaţiilor de lucru în "semnale" pe care le "înţelege" aceasta.

Deci, transformarea informaţiei din forma de "cunoştinţă" în forma de "semnal" şi "transportul" ei în lanţul cinematic se numeşte COMANDĂ.

Prin urmare, comanda reprezintă un semnal transmis unui lanţ cinematic având ca efect acţionarea acestuia.

Funcţiile pe care trebuie să le îndeplinească orice sistem de comandă sunt: - pornirea şi oprirea maşinii-unelte sau a unei părţi a acesteia (numai a anumitor lanţuri

cinematice); - cuplarea şi decuplarea mecanismelor transmisiei intermediare din structura lanţurilor

cinematice; - modificarea mărimii de ieşire din lanţul cinematic (atât ca valoare cât şi ca sens); - limitarea sau determinarea valorii şi direcţiei de deplasare a unor subansambluri ale

maşinii; - succesiunea sau corelarea intrării în funcţiune a unor subansambluri sau lanţuri

cinematice (comanda ciclului de funcţionare); - selectarea şi condiţionarea succesiunii de intrare în regim de lucru a diferitelor scule; - pornirea şi oprirea sistemelor de ungere; - acţionarea diferitelor mecanisme de protecţie, siguranţă şi blocare, etc.

Realizarea acestor funcţii este posibilă datorită legăturii directe între OM şi MAŞINA-UNEALTĂ.

Prin urmare, sistemele de comandă fac legătura între operatorul uman şi maşina-unealtă după un sistem de conexiuni de forma celui prezentat în figura 6.1.

190

Fig. 6.1. Schema simplificată a sistemului "OM-MAŞINĂ".

Din analiza schemei generale a sistemului "OM-MAŞINĂ", prezentată în fig.6.1, se

poate uşor evidenţia şi locul pe care sistemele de comandă îl ocupă în ansamblul constructiv general al oricărei maşini-unelte. Evidenţierea acestui lucru este necesară deoarece orice maşină-unealtă trebuie manevrată, condusă de către un operator uman care are anumite posibilităţi fizice şi intelectuale. Deci, piesele rezultate în urma unei operaţii la prelucrare pe o maşină-unealtă, sunt rezultatul interacţiunilor ce se stabilesc în sistemul "OM-MAŞINĂ".

X.1.3.2. Structura sistemelor de comandă

Structural, orice sistem de comandă de la cele mai simple (sistemele de comandă manuale) la cele mai complexe (sistemele de comandă automată convenţionale, numerică sau adaptivă) cuprinde următoarele elemente (fig.6.2.):

Fig. 6.2. Structura unui sistem de comandă.

- elementul (organul) de generare a semnalului de comandă - EGS- acţionat manual

sau automat, care poate fi sub forma unor butoane, roţi de mână, manete, pedale, comutatoare, întrerupătoare, benzi perforate, benzi magnetice etc. şi este caracterizat de semnalul de intrare, yi;

- elementul (sau elementele) de transfer şi amplificare - ETA - a semnalului de comandă, are rolul de a transmite şi/sau transforma semnalul de comandă primit de la elementul generator de semnal - EGS - şi poate fi constituit din diverse mecanisme mecanice (pârghii etc), hidraulice, pneumatice, electrice, optice sau combinaţii ale acestora;

- elementul de execuţie - EE - care asigură darea semnalului de comandă, ye, către organul acţionat - OA. Elementele de execuţie pot fi diferite mecanisme mecanice (şurub - piuliţă, pinion - cremalieră etc), hidraulice, pneumatice, electrice sau mixte.

Structura sistemelor de comandă prezentată în fig.6.2 este o structură generală, fiind comună atât sistemelor de comandă manuală cât şi a celor automate.

191

X.1.3.3. Clasificarea sistemelor de comandă

Clasificarea sistemelor de comandă ale MUPL se poate face după modul de generare a semnalului de comandă şi după natura mecanismelor de generare, transmitere şi amplificare a semnalului de comandă.

După modul de generare a semnalului de comandă, sistemele de comandă pot fi: - sisteme de comandă neautomatizate (sau cu comandă manuală); - sisteme de comandă automate.

După natura elementelor structurale, sistemele de comandă manuale pot fi cu elemente mecanice de comandă manuală sau cu elemente electrice de comandă manuală. Sistemele de comandă automată pot fi:

- sisteme de comandă automată convenţionale; - sisteme de comandă numerică; - sisteme de comandă adaptivă.

Sintetic, clasificarea sistemelor de comandă ale MUPL este prezentată în figura 6.3.

În cazul fiecărei grupe pot fi evidenţiate şi alte criterii de clasificare, elementele componente ale sistemelor de comandă fiind foarte diversificate.

Fig. 6.3. Clasificarea sistemelor de comandă ale MUPL.

X.1.4. Sisteme de comandă manuală

Sistemele de comandă neautomatizate (sau cu comandă manuală) deservesc încă o mare gamă de maşini-unelte şi sunt constituite dintr-o mare varietate de mecanisme mecanice sau electrice, acţionate manual, de către operatorul uman. Oricare ar fi tipul şi sistemul lor constructiv, acestea trebuie să satisfacă o serie de cerinţe ergonomice, determinate de interacţiunea OM-MAŞINĂ în procesul de lucru.

X.1.4.1. Cerinţe ergonomice ale sistemelor de comandă manuală

Cerinţa ergonomică principală a oricărui sistem de comandă manuală şi - cu precădere - a elementului de generare a semnalului de comandă yi, o constituie locul de amplasare a acestuia astfel încât să se reducă cât mai mult efortul fizic şi câmpul de acţiune al operatorului uman.

Suprafaţa de lucru, amplasarea şi dimensiunile elementelor componente din structura sistemelor de comandă manuală, trebuie să permită o poziţie normală a operatorului uman, o acţionare uşoară, cu deplasări minime, a elementului de generare a semnalului de comandă.

192

Cerinţa de bază a amplasării elementelor de acţionare şi vizualizare o constituie cuprinderea acestora în ariile sau sferele de acţionare ale operatorului uman. Acestea sunt determinate de dimensiunile braţelor şi de posibilităţile de rotire a capului şi ochilor. Ariile de acţiune sunt determinate de amplitudinile mişcării mâinilor, în limite normale sau maxime, din punct de vedere al posibilităţilor anatomice ale omului, în diferite planuri (fig.6.4).

Ariile sau zonele de acţionare maximă în plan orizontal, (fig.6.4,a) pentru ambele mâini, sunt determinate de mişcările întregii mâini (braţ, antebraţ, încheietura mâinii şi degete) fără răsucire, iar cele minime, sunt determinate numai de mişcările antebraţelor, încheietura mâinii şi degete.

Zonele de lucru în plan vertical (fig.6.4,b), depind de talia operatorului uman şi distanţa - 1 - dintre centrele A şi B a celor două mâini (fig.6.4,a). Din măsurătorile antropometrice s-au stabilit următoarele valori:

- pentru talie scundă, 1 = 23,11 cm, căreia îi corespunde o rază maximă Rmax = 88,39 cm; - pentru talie mijlocie, 1 = 30,48 cm, căreia îi corespunde o rază maximă Rmax = 118,49 cm; - pentru talie înaltă, 1 = 34,79 cm, căreia îi corespunde o rază maximă Rmax = 153,4 cm;

a.

b.

Fig. 6.4. Ariile de acţiune prin mişcarea mâinilor.

Se impune şi precizarea că, din punct de vedere ergonomic corpul operatorului uman se comportă ca un sistem autoreglabil, care adoptă poziţia cea mai adecvată într-o situaţie spaţială dată.

În acest caz, poziţia de lucru va fi determinată de localizarea elementelor de comandă manuală.

Pentru elementele de vizualizare (dispozitive mecanice, optice etc.), este necesară rotirea ochilor şi a capului.

Prin urmare amplasarea acestora trebuie astfel făcută încât acestea să fie plasate în centrul câmpului vizual normal.

193

Un exemplu de dispunere a elementelor sistemelor de comandă manuală după cerinţele ergonomice este ilustrat în fig.6.5.

Fig. 6.5. Amplasarea, după criterii ergonomice, a

sistemelor de comandă la o maşină de frezat.

X.1.4.2. Sisteme de comandă manuală cu elementele mecanice

Elementele mecanice din structura sistemelor de comandă manuală, se întâlnesc atât pentru elementele generatoare de semnal cât şi pentru cele de transmitere, amplificare şi execuţie a semnalului de comandă. Ele se găsesc într-o mare diversitate constructivă, dar în majoritatea cazurilor sunt standardizate. Din această categorie fac parte: roţi de mână, manete, mânere, de diferite tipuri, pedale, pârghii şi alte mecanisme pentru transmiterea şi amplificarea semnalului de comandă.

Mişcarea necesară acţionării elementului generator de semnal de comandă este în majoritatea cazurilor o mişcare circulară, iar mişcarea organului acţionat este - de regulă - o mişcare rectilinie.

Pentru transformarea mişcării circulare a elementului de generare a semnalului de comandă în mişcare rectilinie a organului acţionat sunt utilizate diverse mecanisme de transfer şi transformare ca: pârghii, mecanisme pinion - cremalieră, şurub - piuliţă, came, culisă etc.

Forma elementelor mecanice din structura sistemelor de comandă manuală este astfel concepută încât să asigure transmiterea eforturilor membrelor operatorului uman la valori minime, precis şi într-un interval de timp cât mai scurt. Forma acestora depinde în principal de: rolul funcţional al elementelor de comandă în structura sistemului de comandă, poziţia sa în raport cu planurile de referinţă ale corpului operatorului uman şi înălţimea faţă de sol, direcţia de acţionare a forţei, mărimea efortului necesar pentru darea semnalului de comandă, particularităţile anatomo-fiziologice ale corpului omenesc şi mai ales ale membrelor etc.

Din categoria elementelor mecanice din structura sistemelor de comandă manuală, se vor prezenta principalele tipuri constructive.

a) Roţile de mână - sunt des utilizate la maşinile-unelte pentru prelucrarea lemnului şi în structura lanţurilor cinematice auxiliare, ca surse de mişcare ale acestora. În cazul sistemelor de comandă manuală, roţile de mână, de diferite tipuri şi forme constructive, se întâlnesc în cazul sistemelor de comandă a variatoarelor de viteze, continue sau în trepte. Forma lor constructivă poate fi simplă, fără mâner (fig.6.6,a), cu mâner (fig.6.6,b), în structură monobloc sau cu spiţe (STAS 2512/1-87 şi STAS 2512/2-80).

Poziţia roţilor de mână faţă de maşina-unealtă poate fi în plan vertical (fig.6.6,c) - poziţie recomandată - sau în plan orizontal.

Dimensiunile roţilor de mână se aleg din STAS 2512/1-87 şi STAS 2512/2-80, funcţie de mărimea maşinii, rolul lor funcţional şi efortul necesar pentru acţionarea acestora. O categorie aparte o reprezintă rozetele metalice ale căror forme şi dimensiuni sunt reglementate prin STAS 3205-80.

194

a. b.

c.

Fig. 6.6. Forma şi amplasarea roţilor de mână.

b) Mânerele - sunt acele părţi ale elementelor de comandă manuală care asigură cuplarea propriu-zisă dintre mâna operatorului uman şi elementul de generare a semnalului de comandă.

Ele pot fi ataşate roţilor de mână, manetelor sau manivelelor etc. De aceea forma lor trebuie să corespundă rolului funcţional pe care îl au. Astfel, forma mânerelor trebuie să asigure o bună învăluire a acestora de către palma mâinii, lucru ce se poate realiza prin mărirea suprafeţei de contact (fig.6.7).

Din acest considerent, mânerele pot fi: sferice (fig.6.7,a), cilindrice (fig.6.7,b), tip fus (sau butoi, fig.6.7,c), diverse alte forme apropiate de forma trapezoidală (fig.6.7,d, e şi f).

Forma mânerelor este reglementată prin STAS 1130 - 87 iar dimensiunile acestora prin STAS 1131-87. Astfel, lungimea mânerelor se recomandă să fie cuprinsă între 100…105 mm, iar diametrul acestora cuprins între 26…32 mm. Rugozitatea suprafeţei mânerului trebuie să fie Ra < 0,4 μm. Materialele recomandate pentru construcţia mânerelor sunt: bachelita, ebonita, poliamida, răşini epoxidice şi unele aliaje metalice (mai rar). Mânerele sferice (fig.6.7,a) au dimensiuni stabilite prin STAS 1133-87.

a. b. c. d. e. f. Fig. 6.7. Forme de mânere.

c) Manetele - sunt elementele mecanice din structura sistemelor de comandă manuală

cele mai utilizate. Ele permit să se obţină forţe mari de acţionare cu eforturi mici, dar necesită spaţiu de acţionare mai mare. Construcţia unei manete (fig.6.8), cuprinde: braţul manetei, 2, mânerul, 1, (sferic - fig.6.8,a sau fusiform, fig.6.8,b) şi butucul de antrenare, 3.

195

a. b.

Fig. 6.8. Forme constructive de manete.

De regulă, butucul de antrenare se cuplează direct cu organul acţionat. În unele cazuri, pe butucul de antrenare se aşează un tambur gradat, 4, (fig.6.8,b) pentru vizualizarea valorii mărimii comandate.

Structura unui sistem de comandă manuală cu manetă este prezentată în fig.6.9, şi se întâlneşte la cutiile de avansuri şi viteze cu reglarea în trepte a turaţiilor, cu mecanisme cu roţi dinţate baladoare.

Fig. 6.9. Structura unui sistem de comandă manuală cu manetă.

Structura sistemului de comandă manuală prezentat în figura 6.9 cuprinde maneta 1, ca

element de generare a semnalului de comandă, axul 2 ca elemente de transmitere şi amplificare a semnalului de comandă: furca 3, ca element de execuţie şi elementul (organul) acţionat, reprezentat prin blocul balador (4). În unele situaţii sistemul este prevăzut şi cu un mecanism de indexare şi menţinere a elementului acţionat în poziţia dorită, 5.

Sistemul de comandă manuală cu manetă necesită câteva condiţii specifice de realizare a lor, printre care se amintesc: amplasarea lor să fie făcută după criterii ergonomice, poziţia comandată să fie uşor memorizabilă, circuitul de comandă (axe, pârghii, furci etc.), să fie compus din mecanisme fiabile, simple etc.

O fază superioară de dezvoltare a sistemelor de comandă manuală cu manete o constituie comanda manuală centralizată sau cu selectare. La aceste sisteme elementul de comandă este tot maneta, dar elementele de transmitere şi amplificare a mişcării sunt mai complexe, ele asigurând transmiterea semnalului de comandă, de la acelaşi element de generare a acestuia (maneta) la mai multe elemente acţionate succesiv.

d) Pedalele - sunt elemente de comandă manuală acţionate "la picior". Se recomandă utilizarea acestor tipuri de elemente de comandă mai ales pentru comenzi de tipul "pornire - oprire" (fig.6.10,a), pentru care forţa de apăsare variază între 1,5…9 daN şi pentru comenzi de tipul "acţionare continuă" (fig.6.10,b), când forţa de apăsare variază între 1,5÷90 daN.

196

Fig. 6.10. Forme constructive de pedale.

Cerinţa principală pentru elementele de comandă de tip pedală este aceea de a limita

unghiul de rotire al gleznei la o valoare mai mică de 250 (maxim 150 pentru flexie şi maxim 100 pentru extensie).

Dimensiunile pedalelor se înscriu, în general, în următoarele limite: lăţime minimă: 25 mm, lungime minimă: 75 mm; cursa maximă: 60 mm (pentru comenzi de "pornire-oprire" şi 175 mm (pentru comenzi de "acţionare continuă").

Forma pedalelor este mai puţin importantă deoarece comanda acestora se face, întotdeauna, cu piciorul încălţat.

Amplasarea pedalelor se face în zona de lucru a operatorului uman astfel încât acţionarea lor să se facă cu uşurinţă (fig.6.10).

X.1.4.3. Sisteme de comandă manuală cu elemente electrice

Sistemele de comandă manuală cu elemente electrice pot fi clasificate, după rolul lor funcţional în:

• sisteme de comutaţie; • sisteme de reglare; • sisteme de semnalizare şi indicatoare;

Sistemele de comandă cu elemente electrice de comutaţie - numite şi aparate de comutaţie, sau, mai simplu, contacte - execută comutări de circuite prin intermediul unor contacte galvanice (de regulă). Acestea pot fi: normal închise (n.î) sau normal deschise (n.d) (fig.6.11), comandate manual, mecanic sau electromecanic.

Fig. 6.11. Simbolizarea aparatelor de comutaţie în schemele electrice.

Aparatele de comutaţie cu comandă manuală cel mai frecvent întâlnite în structura

sistemelor de comandă manuală cu elemente electrice sunt butoanele şi întrerupătoarele. Butoanele - reprezintă aparatele de comutaţie cu comandă utilizate atât individual cât şi

pe panourile de comandă ale maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului. Deşi realizate în forme constructive foarte diverse, ele sunt astfel executate încât viteza

lor de comutare să fie independentă de viteza acţiunii de comandă a operatorului uman. Ele pot fi acţionate prin apăsare sau rotire (basculare).

Butoanele acţionate prin apăsare sunt utilizate - în principal - pentru comanda pornirii - opririi surselor de mişcare ale lanţurilor cinematice, putând fi acţionate cu degetul (fig.6.12.a) sau cu piciorul (fig.6.12.b).

197

a. b.

c. d. e.

Fig. 6.12. Forme constructive de butoane.

Butoanele acţionate cu degetul au diametre de 12…30 mm, cursa minimă a capului de acţionare de 3 mm iar forţa de apăsare necesară de 0,25…1,1 daN. Pentru forţe de apăsare mai mari (sau curse mai mari) se folosesc butoane acţionate cu piciorul (fig.6.12,b).

Butoanele acţionate prin rotire pot avea forme diverse, cum ar fi: formă circulară (fig.6.12.c), formă de săgeată (fig.6.12,d şi e) etc. Suprafaţa periferică a acestor butoane (a celor circulare, în special) este canelată sau randalinată pentru o mai bună aderenţă cu mâna operatorului (fig.6.12,c). Ele se folosesc pentru comanda unor elemente de reglare continuă sau în trepte, putând avea una sau mai multe poziţii de lucru (fig.6.12,d). Butoanele acţionate prin basculare (fig.6.12,e) se folosesc pentru realizarea a două la patru comenzi. Unghiul de rotire (basculare) între două poziţii succesive: α = 30…450 (fig.6.12,e). În anumite situaţii, pentru semnalizarea acţionării, butoanele pot fi prevăzute - în interiorul capului de acţionare - cu becuri de semnalizare.

Întrerupătoarele - fac parte din categoria aparatelor de comutaţie cu comandă manuală care asigură conectarea/deconectarea tablourilor electrice de comandă la reţea. În funcţie de tipul motorului electric acţionat, întrerupătoarele pot fi monopolare, bipolare sau tripolare. Simbolizarea lor se face ca în fig.6.13.

Monopolar Bipolar Tripolar

Fig. 6.13. Simbolizarea întrerupătoarelor.

198

Din punct de vedere constructiv, întrerupătoarele se execută - de regulă - în varianta de acţionare prin basculare, cu două poziţii de lucru: normal închis (n.î) şi comandat (sau acţionat).

Aparatele de comutaţie cu comandă mecanică cele mai utilizate sunt comutatoarele cu cale (sau limitatoarele de cursă) şi microcomutatoarele (microlimitatoarele). Acestea se construiesc cu una sau mai multe perechi de contacte, având două sau mai multe poziţii de acţionare. Din această categorie fac parte comutatoarele stea - triunghi; comutatoarele de poli; comutatoare inversoare de sens etc. Toate se execută în sistem tipizat şi se regăsesc în dulapurile electrice de comandă ale maşinilor-unelte.

Aparatele de comutaţie cu comandă electromagnetică cele mai utilizate sunt: cuplajele electromagnetice (cu lamele sau cu dinţi frontali); releele de timp (care pot fi şi pneumatice sau electronice) şi care servesc la introducerea unui interval de timp reglabil între semnalul de comandă şi începutul executării comenzii; releele de viteză (care transmit comanda funcţie de turaţia unui arbore la care sunt cuplate); releele pentru comenzi intermediare (care, după caz, pot multiplica, amplifica sau transforma semnalele continue de comandă în semnale discontinue); releele de curent (care protejază consumatorii împotriva curenţilor mari, de scurtcircuit); releele termice (care protejază consumatorii împotriva curenţilor mari de la supraîncărcări de durată).

Sistemele de reglare - sau aparatele de reglare - se caracterizează printr-un semnal de ieşire continuu şi se regăsesc sub forma unor amplidine, tahogeneratoare, amplificatori magnetici şi transformatoarele electromagnetice. De largă utilizare - în special pentru sistemele de comandă cu buclă închisă - sunt tahogeneratoarele care asigură stabilitatea reglajelor turaţiilor motoarelor de curent continuu (în principal).

Sistemele de semnalizare şi indicare - sau aparatele electrice de semnalizare şi indicatoare - se regăsesc sub forma unor lămpi de semnalizare, de diverse culori; ampermetre şi wattmetre de tablou electric; turometre cu afişaj numeric sau analogic; indicatoare numerice (sau de afişaj). Toate aceste aparate electrice se regăsesc, sub diverse forme constructive, mai ales la maşinile-unelte pentru prelucrarea lemnului moderne şi la agregatele de prelucrare a lemnului. Elementele de vizualizare a comenzilor reprezintă o componentă importantă a sistemelor de vizualizare şi indicare a comenzilor, constituind o categorie specială de elemente ajutătoare de comandă. Aceste elemente de vizualizare a comenzilor pot fi sub forma unor scale gradate, tamburi gradaţi sau diverse aparate indicatoare (fig.6.14).

d. e. f. g. h. i.

Fig. 6.14. Elemente de vizualizare a comenzilor standardizate.

a. b. c.

199

Elementele de vizualizare a comenzilor pot fi montate pe diverse elemente mecanice de comandă manuală cum ar fi: roţi de mână fără mâner (fig.6.14,a şi c), roţi de mână cu mâner (fig.6.14,b), rozete de diferite forme (fig.6.14,d,e,f şi g) şi butoane acţionate prin rotire (fig.6.14,h şi i).

Pentru toate tipurile de elemente de vizualizare comune şi importante sunt gradaţiile marcajelor. Acestea pot fi, conform standardelor ISO şi româneşti, marcaje intermediare şi mici (fig.6.15).

a. b. c.

d.

e. f.

g. h.

Greşit Corect Fig. 6.15. Marcajele elementelor pentru vizualizarea comenzilor.

Modul de marcare poate fi: din 1 în 1 (fig.6.15,a), din 2 în 2 (fig.6.15,b), din 10 în 10 (fig.6.15,c). Dimensiunile gradaţiilor marcajelor sunt cotate conform STAS 7071/1-92, conform modelului din fig. 6.15.d, iar valorile cotelor sunt prezentate în tabelul 6.1.

Tabelul 6.1. Dimensiunile gradaţiilor, marcajelor, elementelor de vizualizare a comenzilor

Distanţa de citire, mm Nr. crt. Dimensiunea 710 915 1525 1 A - Grosimea marcajului major 0,9 1,2 1,9 2 B - Grosimea marcajului cel mai mic 0,6 0,8 1,4 3 C - Grosimea marcajului intermediar 0,8 1,0 1,6 4 D - Inălţimea marcajului major 5,6 7,2 12,0 5 E - Inălţimea marcajului cel mai mic 2,5 3,3 5,4 6 F - Inălţimea marcajului intermediar 4,0 5,2 8,7 7 G - Distanţa dintre două marcaje majore 17,8 22,9 38,0 8 H - Distanţa dintre un marcaj major şi marcajul cel mai mic 1,8 2,3 3,8

D

200

Pentru maşinile-unelte cu comandă numerică şi centrele de prelucrare cu comandă numerică marcarea gradaţiilor elementelor de vizualizare a comenzilor se face în conformitate cu STAS 7071/2-92.

Marcarea gradaţiilor, cifrelor şi literelor pe scale sau cadrane trebuie astfel efectuată încât acele indicatoare să nu acopere aceste marcaje în timpul executării comenzilor (fig.6.15,f şi h - amplasare corectă a gradaţiilor; fig.6.15,e şi g - amplasare greşită).

La maşinile-unelte cu comandă numerică şi la centre de prelucrare cu comandă numerică se folosesc elemente de vizualizare a comenzilor cu afişaj numeric (fig.6.16).

Fig. 6.16. Elemente de

vizualizare a comenzilor cu afişaj numeric (Agregat de

burghiat multiplu, MF - 475 - MORBIDELLI)

Acestea pot fi cu blocuri de comutatoare rotative decadice (fig.6.16) sau electronice, cu

ecrane de vizualizare cu afişaj cu cristale lichide (fig.6.17).

Fig. 6.17. Elemente de vizualizare a comenzilor

cu ecran cu cristale lichide.

De asemenea, la aceste maşini-unelte, toate comenzile de deplasare, prelucrare şi

reglare se pot vizualiza prin afişare pe ecranul calculatorului încorporat în dulapul de comandă al maşinii prin programul-maşină şi programele-piesă. La sistemele CNC-sisteme de comandă numerică cu calculator propriu - se afişează pe ecranul monitorului şi coordonatele fiecărei poziţii a capului de lucru, pe toată durata derulării unui program - piesă. Acest lucru permite un control efectiv şi real al prelucrării, cu efecte pozitive asupra preciziei de prelucrare, a calităţii execuţiei, în general.

Dacă la maşinile-unelte monooperaţionale, chiar de construcţie recentă, sistemele de vizualizare a comenzilor sunt mai puţin întâlnite, la maşinile-unelte moderne şi, mai ales, la cele cu comenzi numerice acestea se regăsesc sub cele mai diverse forme, cu tendinţa de a fi generalizate elementele de vizualizare numerice, cu afişaj cu cristale lichide.

201

X.1.5. Test de evaluare a cunoştinţelor 1. Completaţi spaţiile libere pentru a defini noţiunea de comandă: Transformarea .... din forma de .... în formă de .... şi .... ei în .... cinematic se

numeşte comandă. 2. Prezentaţi structura unui sistem de comandă. 3. Prezentaţi sistemele de comandă manuală cu elemente mecanice.

202

Unitatea de învăţare XI.1. Sisteme de comandă automată.

Cuprins

XI.1.1. Introducere...................................................................................................... 202 XI.1.2. Competenţe ..................................................................................................... 202 XI.1.3. Sisteme de comandă automată........................................................................ 202

XI.1.3.1. Clasificarea sistemelor de comandă automată................................. 204 XI.1.3.2. Sisteme de comandă numerică ........................................................ 206 XI.1.3.3. Sisteme de comandă adaptivă.......................................................... 215

XI.1.4. Test de evaluare .............................................................................................. 221

XI.1.1. Introducere Această unitate de învăţare este destină familiarizării studenţilor cu noţiunile de

comandă automată, comandă numerică şi comandă adaptivă.

XI.1.2. Competenţe După parcurgerea acestei unităţi de învăţare, studentul va fi capabil să:

● definească noţiunea de comandă automată; ● definească noţiunea de comandă numerică şi adaptivă; ● explice structura unui sistem de comandă numerică; ● explice structura unui sistem de comandă adaptivă.

Durata medie de parcurgere a acestei unităţi de învăţare este de 2 ore.

XI.1.3. Sisteme de comandă automată

Un sistem de comandă automată asigură funcţionarea unei maşini-unelte fără intervenţia operatorului uman, după un anumit program, astfel încât să se realizeze operaţia de prelucrare mecanică a unei piese din lemn. Altfel spus, un sistem de comandă automată asigură realizarea unui ciclu de lucru care se repetă de câte ori este necesar pentru realizarea unui ciclu de funcţionare al maşinii.

Pentru a înţelege noţiunile de ciclu de lucru şi ciclu de funcţionare, reamintim că în capitolul II au fost definite mişcările de generare a suprafeţelor pieselor din lemn ca fiind constituite din mişcarea de tăiere şi mişcarea de avans. Din combinarea cantitativă şi calitativă a acestor mişcări de bază sau de generare se asigură detaşarea unui strat de aşchii din lemn, deci se realizează interacţiunea dintre scula tăietoare şi piesa din lemn de prelucrat.

Pentru a se putea prelucra, pe aceeaşi maşină-unealtă, alte piese, cu alte dimensiuni, cu alţi parametri ai regimului de lucru (alte viteze de avans, de tăiere, alte adâncimi de aşchiere etc) este necesar ca, prin structura ei cinematică şi organologică, maşina-unealtă să permită

203

realizarea unor mişcări auxiliare: de fixare, de poziţionare şi de reglare. Aceste mişcări auxiliare nu participă direct la procesul de generare, dar asigură realizarea fazelor auxiliare ale unei operaţii de prelucrare mecanică a lemnului: fixarea - eliberarea piesei de prelucrat pe masa maşinii; alimentarea - evacuarea cu piese din lemn de prelucrat şi pornirea ciclului de funcţionare.

Prin urmare se pot defini următoarele noţiuni: • Ciclul de lucru - reprezintă totalitatea mişcărilor de generare necesare

prelucrării unei piese (excluzând mişcările auxiliare). • Ciclul de funcţionare - reprezintă ansamblul mişcărilor de generare şi auxiliare

necesare realizării unei operaţii de prelucrare mecanică a lemnului. Pentru a înţelege aceste noţiuni, în figura 6.18 este prezentată schema de lucru (de

principiu) pentru operaţia de burghiere orizontală a unei piese din lemn.

Fig. 6.18. Schema de lucru la burghierea

lemnului.

Analizând schema de lucru din figura 6.18, se evidenţiază faptul că mişcarea de tăiere

este realizată de scula tăietoare - burghiul 1 - şi se caracterizează prin turaţia sculei, ns. Mişcarea de avans - u - este realizată de piesa din lemn de prelucrat - 2 - poziţionată şi fixată cu o forţă F, pe masa maşinii - 4 - faţă de reazemul - 3. Masa maşinii - 4 (cu piesa din lemn - 2) se deplasează pe ghidajele suportului mesei - 5 pentru realizarea cursei de lucru, cu viteza de avans - u - şi a cursei de revenire (retragere), cu viteza - u'.

Potrivit definiţiei ciclului de lucru, mai sus menţionată, se poate evidenţia faptul că, în cazul burghierii, perioada ciclului de lucru este dată de timpul în care scula este în contact cu piesa de prelucrat, realizând mişcările de generare, respectiv:

uhTl = [min] (6.1)

unde: h = adâncimea de aşchiere, în m (adică spaţiul parcurs de masa maşinii cu piesa de

prelucrat faţă de sculă, cu detaşare de aşchii); u = viteza de avans, în m/min.

Pentru a se realiza operaţia de burghiere, în afara celor două mişcări de bază sau de generare, mai sunt necesare şi mişcările auxiliare: de alimentare (poziţionare a piesei -1 - faţă de reazemul - 2); de fixare a piesei pe masa maşinii; de apropiere (mers în gol, pe distanţa - a) a piesei faţă de sculă, pentru a o aduce în contact cu aceasta şi începerea operaţiei de prelucrare; de retragere în poziţie iniţială, pe distanţa (h + a), cu viteza - u' şi desprinderea - evacuarea piesei prelucrate de pe masa maşinii. Toate aceste mişcări auxiliare se pot exprima prin timpul de mers în gol - Tg - şi un timp suplimentar - Ts: sgaux TTT += (6.2)

unde: 'uha

uaTg

++= (6.3)

204

Timpul de mers în gol se compune din timpul necesar apropierii piesei de sculă, pe

distanţa a, fără ca în acest timp scula să fie în contact cu piesa (ua ) şi timpul de retragere la

cap de cursă ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

'uha

iar Ts = Ta-f + Td-e (6.4)

Timpii suplimentari: Ta-f - timp de alimentare - fixare cu piese şi Td-e - timp de desprindere - evacuare a piesei prelucrate nu pot fi exprimaţi analitic, ei putând fi deduşi experimental, prin cronometrare sau pe baza unor coeficienţi.

Prin urmare, ciclul de lucru: CL - se poate exprima prin relaţia:

uhTCL l == [min] (6.5)

iar ciclul de funcţionare - CF - va fi: sglaux TTTTCLCF ++=+= [min] (6.6)

sau: sTu

haua

uhCF +

+++=

' [min] (6.7)

sau: edfa TTu

hau

ahCF −− +++

++

='

[min] (6.8)

Relaţiile 6.1….6.8 pot fi particularizate şi pentru operaţiile de prelucrare prin trecere, cu mişcare de avans rectilinie continuă, cu aceeaşi semnificaţie a notaţiilor.

Ciclul de funcţionare astfel definit poate fi neautomat (sau manual), semiautomat şi automat.

Ciclul de funcţionare neautomat este atunci când toate fazele lui sunt realizate manual de către operatorul uman (de la alimentare la evacuare). Se întâlneşte la toate maşinile-unelte cu avans manual, la care toate fazele ciclului de funcţionare sunt realizate de către operatorul uman.

Ciclul de funcţionare este semiautomat atunci când ciclul de lucru CL = Tl - se realizează fără intervenţia operatorului uman, acesta executând manual numai mişcările auxiliare: alimentare - fixare şî desprindere - evacuare. Acest tip de ciclu de funcţionare se întâlneşte la maşini de tăiat plan furnire, deruloare, agregate de prelucrat canturi, maşini de cepuit şi chiar la unele maşini-unelte cu comandă numerică la care alimentarea - evacuarea se face manual.

Ciclul de funcţionare este automat atunci când toate fazele acestuia se realizează fără intervenţia operatorului uman, cu excepţia pornirii lui. Acest tip de ciclu de funcţionare se întâlneşte la agregate de prelucrat canturi, de furniruit pe cant şi burghiat multiplu montate în linii automate de prelucrare, prevăzute cu instalaţii de alimentare - evacuare automate şi transportoare intermediare de legătură. De asemenea, la unele ferăstraie circulare de debitat panouri sau de formatizat, la strunguri automate pentru lemn etc.

XI.1.3.1. Clasificarea sistemelor de comandă automată

În literatura de specialitate, clasificarea sistemelor de comandă automată a maşinilor-

unelte se face după diverse criterii, mai mult sau mai puţin comune. Pentru maşinile-unelte pentru prelucrarea lemnului, o clasificare a sistemelor de

comandă automată este prezentată sintetic în fig. 6.19.

205

Sistemele de comandă automată rigide se caracterizează prin stabilirea prealabilă a succesiunii şi duratei semnalelor de comandă, acestea nedepinzând de valoarea reală a mărimii comandate (sunt "rigid" stabilite). Din această categorie fac parte sistemele de comandă automată cu limitatoare de cursă (sau cu opritori) cele cu axe cu came şi sistemele de copiere cu şabloane. Comun acestor sisteme este faptul că ciclul de funcţionare se desfăşoară într-o succesiune rigidă, depinzând de construcţia elementelor de comandă (de regulă, mecanice). Schimbarea succesiunii ciclului de funcţionare se poate face numai prin înlocuirea (modificarea) elementelor de comandă. Acest lucru implică calculul, proiectarea şi execuţia câte unui element de comandă (ex. şablon) pentru fiecare ciclu de funcţionare, deci cheltuieli de producţie suplimentare. Aceasta face ca, la ora actuală, aceste sisteme să mai fie folosite doar la producţie de serie mare sau de masă. Ele tind să fie înlocuite cu sistemele elastice de comandă automată, în principal cu sistemele de comandă numerică.

Fig. 6.19. Clasificarea sistemelor de comandă automată a

maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului.

Pentru toate tipurile de sisteme de comandă automată, caracteristica principală şi unitară a acestora o constituie faptul că semnalul de comandă - yi primit de elementul generator de semnal - EGS - nu este dat de operatorul uman ci de un element de comandă (mecanic, electric, electromecanic, pneumatic, hidraulic etc.).

Succesiunea semnalelor de comandă este rigid programată şi determinată de poziţia opritorilor faţă de limitatorii de cursă, de forma şi profilul camelor sau de forma şabloanelor.

Sistemele de comandă automată cu opritoare sunt acele sisteme rigide de comandă automată la care elementul de comandă (de generare a semnalului de comandă) îl constituie opritorul care acţionează un limitator de cursă. Aceste sisteme se întâlnesc la unele maşini-unelte agregat, la linii tehnologice semiautomate sau automate, la unele maşini de burghiat multiplu, la strunguri automate etc. De menţionat că opritorul este fixat pe organul mobil (sanie, suport etc.) iar limitatorul de cursă - ca element de transfer şi amplificare a semnalului de comandă - este fixat pe batiu (de regulă).

Sistemele de comandă de copiere au cunoscut o largă utilizare la maşinile-unelte pentru prelucrarea lemnului, în special la cele de frezat care prelucrează piese cu configuraţii complicate. La aceste sisteme, elementul de generare a semnalului de comandă este şablonul, care are aceeaşi formă ca piesa de prelucrat (şi aceleaşi dimensiuni, uneori). La sistemele de copiere tip "pantograf", dimensiunile pieselor prelucrate pot fi diferite de cele ale şablonului. Sistemele de copiere se întâlnesc - încă - într-o mare varietate constructivă. Funcţie de tipul suprafeţei de prelucrat ele pot fi sisteme de copiere plană (bidimensională) sau spaţială (copiere în trei dimensiuni). Funcţie de tipul traductorului folosit (palpatorul şablonului), sistemele de copiere pot fi: mecanice, electrice, hidraulice, pneumatice sau combinaţii ale acestora.

206

Sistemele de comandă cu axă cu came - au ca element generator al semnalului de comandă axa cu came care, funcţie de profilul camelor, asigură comanda a mai multor elemente de execuţie într-o succesiune determinată rigid de profilul camelor. Aceste sisteme nu se folosesc la maşinile-unelte pentru prelucrarea lemnului.

Sistemele de comandă automată secvenţiale sunt acele sisteme care permit programarea pe secvenţe a ciclului de funcţionare, inclusiv schimbarea parametrilor regimului de lucru. Caracteristica principală a acestor sisteme este aceea că, o secvenţă oarecare a ciclului de funcţionare nu poate începe decât la sfârşitul secvenţei precedente. Altfel spus, în cazul acestor sisteme de comandă automată nu se pot suprapune secvenţele (succesiunea) de desfăşurare a ciclului de funcţionare.

Se realizează, astfel, o dată cu comanda automată şi un control al executării corecte a comenzilor. În cazul neefectuării unei secvenţe, maşina se opreşte automat. Aceste sisteme se întâlnesc la comandă automată a ciclului de presare la furniruirea panourilor, la fixarea buştenilor pe cărucior la ferăstraie panglică de debitat buşteni etc.

Sistemele de comandă numerică şi adaptivă reprezintă forma superioară de automatizare a maşinilor-unelte, aceste sisteme de comandă vor fi prezentate detaliat, în subcapitolele următoare.

XI.1.3.2. Sisteme de comandă numerică A. Definirea conceptului de comandă numerică

Comanda numerică (Numerical Control = CN) este o metodă automată de comandă, utilizată pentru conducerea unei maşini-unelte pe baza unor instrucţiuni codificate pe un suport adecvat (benzi perforate, benzi magnetice etc.). Conţinutul acestei metode automate de comandă rezultă din însăşi denumirea ei: comandă prin numere, adică limbajul folosit în programarea unei astfel de maşini este codificat convenţional prin numere.

Comanda unei maşini-unelte presupune acţionarea sau oprirea din funcţiune a unuia sau mai multor lanţuri cinematice ale maşinii-unelte respective. Acest lucru se poate face manual, cu ajutorul manetelor sau a butoanelor de pornire - oprire acţionate manual - în cazul maşinilor-unelte cu comandă manuală, sau automatizat - în cazul maşinilor-unelte automate. Automatizarea comenzilor se poate face prin acţionarea lanţurilor cinematice cu ajutorul unor came, şabloane, opritori etc. (ceea ce conduce la realizarea unei comenzi automate convenţionale) sau prin acţionarea aceloraşi lanţuri cinematice, în acelaşi scop, dar cu ajutorul unor programe codificate numeric, citite şi interpretate de o aparatură electronică, adică comanda numerică a maşinilor-unelte.

Prin urmare, comanda numerică - CN - a maşinilor-unelte reprezintă automatizarea comenzilor de acţionare şi oprire din funcţiune a unuia sau mai multor lanţuri cinematice ale maşinii, folosindu-se în acest scop un limbaj specific codificat convenţional prin numere.

Cu ajutorul acestui limbaj codificat se transpune planul de operaţii pentru prelucrarea piesei pe un portprogram specific (bandă perforată sau magnetică), care introdus într-o aparatură electronică complexă, este "citit" şi, conform instrucţiunilor din program, asigură punerea în funcţiune a lanţurilor cinematice corespunzătoare. O comparaţie între modurile posibile de comandă a lanţurilor cinematice ale unei maşini-unelte este reprezentată în figura 6.20.

207

Fig. 6.20. Modalităţi de comandă a unei maşini-unelte.

Din figura 6.20 se poate observa diferenţa între comanda manuală a maşinii-unelte

(traseul MU), comanda automată convenţională (traseul MUAc) şi comanda numerică (traseul MUCN).

Astfel, în cazul comenzilor manuale, (traseul M.U.), comanda pornirii - opririi lanţului cinematic de tăiere, prin comutatorul (butonul) P.O.1 sau a lanţului cinematic de avans prin comutatorul (butonul) P.O.2 comanda inversorului de sens de rotaţie I.1. respectiv I.2., comanda reglării turaţiilor prin cutia de viteze Cv, sau a reglării vitezei de avans prin cutia de avans Ca, precum şi C2 din structura lanţului cinematic de avans se face manual, cu ajutorul unor elemente de comandă manuală de tip: manete, manivele, butoane, comutatoare etc.

În cazul maşinilor-unelte automate convenţionale (traseul MUAc), îndeplinirea aceloraşi funcţii de comandă se face de către sisteme de comandă mecanice, hidraulice sau electrice, formate din elemente de comandă de tip: came, şabloane, opritori (limitatori) etc.

Comanda numerică a maşinilor-unelte, este tot o metodă de comandă automată a acestora, dar spre deosebire de maşinile-unelte automate convenţionale (M U Ac), funcţiile de comandă a unora sau a tuturor lanţurilor cinematice sunt realizate de echipamente speciale de comandă (ECN), la care informaţiile sunt transcrise sub formă codificată, pe diverse suporturi de informaţii adecvate (benzi perforate, benzi şi discuri magnetice etc) şi care introduse în echipamentele de comandă numerică (ECN) asigură realizarea aceloraşi funcţii de comandă (traseul MUCN).

Avantajul principal al MUCN este cel al automatizării FLEXIBILE (suple), adică, prin CN se facilitează trecerea de la un tip de piesă la altul rapid, fără pregătiri laborioase ale fabricaţiei. Această calitate face ca MUCN să poată fi folosite avantajos pentru prelucrarea seriilor mici de piese, a prototipurilor şi, mai ales, a pieselor de configuraţii complexe, care ar necesita realizarea de dispozitive costisitoare dacă prelucrarea s-ar efectua pe MU convenţionale.

B. Structura sistemelor de comandă numerică

Din punct de vedere structural, un sistem de comandă numerică are o structură similară

oricărui sistem de comandă: → elementul de generare a semnalului de comandă - EGS - este reprezentat de

suportul de informaţii - SI - sau port-program;

208

→ elementul de transfer şi amplificare - ETA - este reprezentat, în cazul sistemelor de comandă numerică, de către echipamentul de comandă numerică - ECN - (sau automatul de comandă);

→ elementul de execuţie - EE - din structura generală a unui sistem de comandă este reprezentat, în cazul sistemelor de comandă numerică, de către blocul de comandă şi amplificare din structura ECN-ului, bloc care asigură transmiterea semnalului de comandă către organul acţionat (sursa de mişcare a lanţului cinematic acţionat).

Deşi cu particularităţi comune, structura sistemelor de comandă numerică - SCN - a evoluat constructiv şi funcţional, de la structuri cu logică cablată - varianta Numerical Control - NC - la structuri cu calculatorul încorporat în ECN - varianta CNC.

Deoarece la ora actuală se mai întâlnesc în funcţiune şi MUCN în varianta NC, considerăm utilă prezentarea structurii unui astfel de sistem de comandă numerică, nu numai pentru caracterul "istoric" al acestuia cât, mai ales, pentru a facilita însuşirea şi cunoaşterea sistemelor CNC.

Orice sistem de automatizare utilizând comanda numerică a maşinilor-unelte - varianta NC - cuprinde, din punct de vedere structural, următoarele elemente:

• suportul cu informaţiile de prelucrare, care poate fi cartela perforată, banda perforată sau banda magnetică;

• ehipamentul (ECN) de comandă numerică, care cuprinde totalitatea circuitelor electronice care asigură preluarea informaţiilor şi de a transmite comenzile spre organele acţionate.

• asamblul maşinii-unelte care cuprinde totalitatea lanţurilor cinematice comandate prin intermediul comenzii numerice precum şi traductorii din circuitele de reacţie. O astfel de structură este reprezentată grafic în figura 6.21.

i c

Fig. 6.21. Structura sistemelor de comandă numerică - varianta NC.

Informaţiile de lucru sunt preluate de pe suportul de informaţii - SI - (care, de regulă,

este banda perforată Bp sau banda magnetică Bm) de către echipamentul de comandă numerică - ECN - prin mecanismul de citire - M. Cit.

Informaţiile de lucru, sub formă codificată, pot fi introduse şi manual în ECN, prin intermediul blocului de introducere manuală a datelor figurat în schemă prin blocul IMD şi care poate fi format din diverse butoane, comutatoare sau blocuri specializate (panouri de comutatoare rotative decadice etc.).

După citirea informaţiilor de către mecanismul de citire M.cit. acestea sunt preluate de către convertorul de cod - Cv - care prelucrează informaţiile din codul numeric în analogic şi le transmite blocului de memorie - Mem - care are capacitatea de a memora unele funcţii pregătitoare (G), valorile vitezei de avans (F), turaţia arborelui principal (S), scula (T) şi unele funcţii auxiliare (M).

Comparatorul - Cp - (sau blocul de comparare) are rolul de a compara semnalul venit pe calea directă, de la blocul de memorie, cu semnalul de pe bucla de reacţie, primit de la traductorul de reacţie TR şi de a emite semnalul de comandă către blocul de comandă - MCd.

209

Blocul de comandă - MCd - emite semnalul de comandă către maşina-unealtă, MU, respectiv către mecanismul de acţionare M.Act. al acestuia. Mecanismul de acţionare al acestuia este reprezentat, de regulă din motorul curent continuu care asigură acţionarea lanţului cinematic de avans reglabil într-un interval dat şi care reprezintă sursa de mişcare a lanţului cinematic. Mişcarea de rotaţie primită de la mecanismul de acţionare M.Act. este preluată, transformată (cantitativ şi/sau calitativ de mecanismul transmisiei intermediare Ti (care în structura anumitor lanţuri cinematice poate să lipsească) şi transmisă verigii de execuţie VE (sau organul acţionat al lanţului cinematic respectiv).

Traductorii de reacţie TR pot fi traductori de poziţie sau traductori numerici de deplasare.

Suportul informaţiei este prezentat în (Budău şi Ispas 1996), deci nu se vor mai prezenta în continuare elementele structurale ale echipamentului de comandă numerică NC şi nici sistemele pentru introducerea manuală a datelor.

De menţionat şi faptul că, pentru aceste sisteme de comandă numerică, s-au folosit (şi se mai folosesc încă) suporţi de informaţii de tipul: benzi perforate, benzi magnetice şi, mai nou, discuri magnetice. Se pot întâlni şi sisteme de introducere manuală a datelor, de tip: blocuri de comutatoare rotative decadice, sisteme DATA MODUL sau blocuri cu taste (Budău şi Ispas 1996).

În ultimul deceniu al secolului trecut (după 1990) s-au dezvoltat şi generalizat sistemele de comandă numerică cu calculatorul încorporat în structura automatului de comandă adică varianta CNC. O astfel de structură este prezentată în fig.6.22.

Fig. 6.22. Structura sistemului de comandă numerică -

varianta CNC.

Elementele componente de bază ale structurii sistemului de comandă numerică prezentat în fig.6.22. sunt:

a) Unitatea centrală, cu microprocesor, sau sistemul CNC (Computerized Numerical Control), care asigură schimbul de informaţii şi prelucrarea acestora în vederea emiterii semnalului de comandă, prin intermediul interfeţei, către maşina-unealtă;

b) Tastarua - sau blocul cu taste, cu tastatura alfanumerică, care are rolul de a asigura introducerea programului - piesă şi corecţiile de scule în memoria "vie" - RAM, programe care pot fi corectate, modificate sau afişate, după necesităţi;

210

c) Ecranul sau display-ul care permite vizualizarea programelor - piesă şi a altor informaţii utile pentru comanda unei MUCN (inclusiv vizualizarea coordonatelor poziţiilor organului mobil în orice moment al desfăşurării ciclului de funcţionare sau afişarea unor semnale de avarie);

d) Interfaţa - asigură legătura între blocurile funcţionale ale microprocesorului (unitatea centrală cu calculator) şi maşina-unealtă (organele acţionate sau sursele de mişcare ale lanţurilor cinematice comandate);

e) Perifericele - sub forma unor cititori de bandă şi perforatori de bandă care permit înregistrarea unor programe pe astfel de suporţi de informaţii (benzi perforate) sau preluarea unor programe - piese transpuse de acest tip de port - programe.

De menţionat că structura de comandă numerică a MUCN mai poate conţine şi un panou de comandă cu diverse taste şi butoane acţionate manual, pentru realizarea unor acţiuni de programare a ciclului de funcţionare a maşinii chiar în timpul desfăşurării lucrului la maşină. Aceste panouri de comandă au tastele simbolizate în concordanţă cu recomandările ISO şi permit introducerea unor informaţii de lucru cu ajutorul unor taste - funcţii; taste-caractere (litere sau cifre); butoane şi comutatoare de reglare a unor parametri: S - turaţie; F - viteză de avans, etc. Un astfel de panou de comandă, întâlnit la maşina de frezat - FROMMIA CNC - 808, este prezentat în fig.6.23.

Fig. 6.23. Panoul de comandă al maşinii de frezat

FROMMIA CNC - 808.

C. Clasificarea sistemelor de comandă numerică

La definirea comenzii numerice s-a arătat că aceasta reprezintă o automatizare a comenzilor de acţionare (punere în funcţiune) sau oprire a unuia sau mai multor lanţuri cinematice ale unei maşini-unelte.

Cum structura cinematică a unei maşini-unelte cuprinde lanţurile cinematice ale mişcării de tăiere, de avans şi auxiliare (de reglare, de poziţionare, de fixare), logic ar fi să existe trei grupe de comenzi numerice corespunzătoare fiecărui tip de lanţ cinematic. Cu toate că echipamentul comenzii numerice asigură cerinţele unor grupe de lanţuri cinematice, clasificarea acestora s-a făcut şi după alte criterii.

a) Clasificarea sistemelor de comandă numerică după rolul funcţional Din punct de vedere funcţional, sistemele de comandă numerică pot fi:

Sisteme cu circuit deschis (fig.6.24) Sisteme cu circuit inchis (fig.6.25)

211

TI

Fig. 6.24. Schema bloc a comenzii numerice cu circuit deschis.

Sistemele cu circuit deschis (fig.6.24) constau dintr-un port-program PP, pe care este

programată codificat informaţia - i - şi care este preluată de echipamentul de comandă numerică – ECN - format din mecanismul de citire, mecanismul de decodificare sau convertire a informaţiei în limbajul maşinii, respectiv în semnale electrice şi un amplificator (când semnalul decodificat este foarte mic în raport cu cerinţele elementului de acţionare respectiv motorul electric). Din ECN semnalul de comandă - c - este transmis lanţului cinematic - LC - respectiv elementului de acţionare al acestuia - EA - care este reprezentat de un motor electric hidraulic sau pneumatic. Elementul acţionat transmite semnalul - n - prin intermediul transmisiilor intermediare ale lanţului cinematic - TI - la organul mobil - OM - (sau organul acţionat) al lanţului cinematic sub forma unui semnal transformat - d. La aceste sisteme de comandă numerică cu circuit deschis, aşa cum se vede şi din figura 6.24, circulaţia informaţiilor se face într-un singur sens, de la echipamentul de comandă numerică ECN la maşina-unealtă (lanţul cinematic - LC).

În această situaţie elementul de acţionare trebuie să asigure o funcţionare sigură, fără eroare, deoarece orice eroare de comandă se transpune într-o eroare de acţionare, deci o eroare de prelucrare.

Sistemele de comandă cu circuit închis (figura 6.25) conţin pe lângă aparatura necesară sistemelor cu circuit deschis şi un traductor de poziţie - TM - respectiv un element de măsurare a poziţiei organului mobil - OM.

Traductorul de poziţie (măsurare) - TM - asigură legatura inversă (de reacţie) prin semnalul de reacţie - r - transmis elementului de comparare (sau sumator) din structura echipamentului de comanda numerică ECN.

Traductorii de masură pot fi de tip analogic sau de tip digital, în cazul traductorilor analogici semnalul de reacţie este transmis unui comparator, care prin compararea cu mărimea cotei programate, determină eroarea de prelucrare şi acţionează elementul de acţionare EA, pentru eliminarea erorii. Traductorii digitali au acelaşi scop însă informaţia transmisă de aceştia este dirijată la un sumator, care va acţiona tot în sensul eliminării erorii de prelucrare.

Fig. 6.25. Schema bloc a comenzii numerice cu circuit închis.

b) Clasificarea sistemelor de comandă numerciă după caracteristica

prelucrării. ◦ După natura mişcărilor comandate, sistemele de comandă numerică (SCN) pot fi:

212

- SCN punct cu punct; - SCN de prelucrare liniară; - SCN de conturare.

◦ Sistemul de comandă numerică punct cu punct - este forma cea mai simplă a unui SCN. Se întâlneşte mai ales la maşinile de burghiat pentru comanda deplasărilor de poziţionare a mesei maşinii (cu piesa fixată pe masă) sau a capetelor de lucru faţă de masa fixă după direcţia axelor X sau/şi Y, fără ca în acest timp să se efectueze prelucrarea (scula nu este în contact cu piesa de prelucrat).

Pentru poziţionarea piesei faţă de sculă (fig.6.26), deplasarea mesei cu piesa se poate face succesiv, după o axă, apoi după cealaltă axă (fig.6.27,a) sau simultan, după două axe, cu viteza minimă (fig.6.27,b).

Aceste tipuri de SCN pot echipa maşinile de burghiat, de frezat cu ax superior etc.

Fig. 6.26. Sistem de comandă numerică

punct cu punct.

Fig. 6.27. Poziţionarea succesivă sau simultană a piesei de prelucrat

◦ Sisteme de comandă numerică de prelucrare liniară.

Acest tip de SCN asigură pe lângă poziţionarea precisă, controlul vitezei de deplasare după o direcţie paralelă cu una din axe. Viteza de avans este programată şi, specific acestui tip de SCN este faptul că, în timpul deplasării sculei faţă de piesă se efectuează şi operaţia de prelucrare (fig.6.28).

Fig. 6.28. Sistem de comandă numerică de

prelucrare liniară.

Acest gen de SCN este destinat pentru a echipa diferite tipuri de maşini de frezat

simple, maşini de frezat - alezat sau pentru unele tipuri de maşini de burghiat şi scobit. ◦ Sistemul de comandă numerică de conturare.

213

Sistemele de comandă numerică (SCN) de conturare sunt cele mai răspândite, întâlnindu-se la majoritatea tipurilor de MUCN: strunguri, maşini de frezat, centre de prelucrare etc.

La aceste SCN, calculatorul integrat în echipamentul de comandă numerică (directorul de comandă) permite interpolarea liniară (fig.6.29,a) sau interpolarea circulară (fig.6.29,b).

a. b.

Fig. 6.29. Sisteme de comandă numerică de conturare.

În cazul interpolării liniare (fig.6.29,a), coordonatele punctelor A şi B sunt date echipamentului de comandă numerică (ECN) în etapa (în faza) de programare. În timpul prelucrării, calculatorul va efectua calculul coordonatelor unui număr de puncte de pe deapta AB şi va permite, astfel, deplasarea sculei din punctul A în punctul B după această traiectorie oblică.

Deci, de viteza de calcul a calculatorului depinde precizia de deplasare. Aceasta pentru că, dacă coordonatele punctelor intermediare calculate sunt suficient de apropiate de dreapta ideală (AB), atunci erorile de deplasare a sculei vor fi inferioare toleranţei admise pentru piesa prelucrată. Este, deci, necesar să existe o bună corelare între viteza de lucru programată şi puterea de calcul a calculatorului.

În cazul interpolării circulare, coordonatele punctelor A şi B precum şi centrul cercului C sunt date sistemului de comandă numerică în faza de programare. În timpul prelucrării, calculatorul va determina coordonatele punctelor intermediare de pe arcul de cerc AB şi va permite, deci, deplasarea sculei după o traiectorie reală cât mai apropiată de traiectoria nominală. Şi în acest caz, viteza de deplasare a sculei trebuie corelată cu viteza de calcul a calculatorului pentru a obţine o traiectorie circulară în limitele de toleranţă admise.

Interpolarea liniară poate fi făcută într-un plan paralel cu două axe ale maşinii sau în spaţiu (după trei axe). Interpolarea circulară se face - de regulă - într-un plan paralel cu două axe. Deci SCN de conturare permit prelucrarea pieselor obţinute din combinaţii de drepte şi arce de cerc. Există însă şi alte tipuri de SCN care permit interpolări parabolice sau alte curbe definite analitic (eliptice, toroidale etc). Acestea sunt destinate prelucrării pieselor cu forme complexe, în construcţia de maşini şi aeronautică.

c) Clasificarea sistemelor de comandă numerică după natura sistemului de

comandă După acest criteriu, sistemele de comandă numerică (SCN) pot fi:

o Sisteme NUMERICAL CONTROL sau sisteme NC; o Sisteme COMPUTERIZED NUMERICAL CONTROL (sau CNC); o Sisteme DIRECT NUMERICAL CONTROL sau sisteme DNC.

Sistemele NUMERICAL CONTROL sau sistemele NC - au toate funcţiile logice în construcţie cablată. Sistemul de comandă este "în material", sau "logică cablată", adică sistemul "hardware".

La acest tip echipamentul de comandă numerică (ECN) este costisitor şi greoi, incomod. Posibilităţile de interpolare, de corecţie de sculă, de ciclu de lucru etc., sunt limitate. Din acest

214

motiv, la ora actuală această soluţie constructivă nu mai este comercializată, dar mai pot fi întâlnite în exploatare astfel de tipuri de maşini.

Sistemele COMPUTERIZED NUMERICAL CONTROL - sau CNC - sunt acele

sisteme care au un calculator încorporat în structura ECN - ului. Sistemul de comandă conţine unul sau mai multe microprocesoare sau minicalculatoare. Funcţiile logice sunt programate deci comanda este sub formă de "logică programată" sau software şi conţinută în memoria calculatorului. Memoriile sunt de capacităţi suficient de mari pentru a putea înmagazina mai multe programe pentru prelucrarea mai multor piese. Aceste tipuri de sisteme de comandă numerică oferă o mare flexibilitate în elaborarea şi modificarea programelor de prelucrare pe loc, chiar în timpul uzinării piesei. Aceste sisteme sunt, la ora actuală, cele mai răspândite.

Sistemele DIRECT NUMERICAL CONTROL - sau sistemele DNC - sunt acele

sisteme de comandă numerică (SCN) dotate cu un calculator central de mare putere şi care poate asigura comanda simultană a mai multor MUCN. Fiecare MUCN conţine un sistem CNC simplu, pentru a putea "dialoga" cu calculatorul central şi pentru a putea efectua eventualele corecţii în programe (fig.6.30).

Aceste sisteme permit o programare mai rapidă, fără necesitatea manipulării de suporturi de informaţii de tip bandă perforată sau bandă magnetică în atelierul de prelucrare. Fiind însă mai costisitoare, aceste sisteme sunt mai rare; la ora actuală ele pot fi întâlnite într-un număr limitat de întreprinderi şi numai în întreprinderi mari, cu capacitate financiară ridicată.

Fig. 6.30. Sistemul de comandă numerică "DNC".

d) Clasificarea sistemelor de comandă numerică după modul de programare

Programarea numerică a maşinilor-unelte are drept scop elaborarea PROGRAMULUI - PIESĂ, adică realizarea benzii perforate sau magnetice, care, introduse în echipamentul de comandă numerică, asigură funcţionarea maşinii în concordanţă cu informaţiile din program.

Elaborarea programului-piesă (a benzii perforate sau magnetice) implică transpunerea conţinutului fişei tehnologice (fişe plan - operaţii, care conţin forma geometrică şi dimensiunile piesei, regimul de prelucrare, caracterizat prin viteza de aşchiere şi de avans precum şi o serie de operaţii auxiliare ca: pornirea-oprirea, schimbarea sensului mişcării, fixarea piesei etc.), folosind pentru aceasta o anumită codificare specifică pe un suport adecvat.

Realizarea programării numerice a maşinii-unelte se poate face în două moduri:

1. Programarea manuală a datelor 2. Programarea asistată de calculator a datelor

1. Programarea manuală a datelor nu impune utilizarea calculatorului electronic, dar se

poate folosi orice maşină de calcul, chiar electronică, dar cu introducerea manuală a datelor. Acest mod de programare se pretează acolo unde volumul de informaţii nu este prea mare.

215

Programarea manuală presupune următoarele operaţii: Elaborarea unui tabel program-piesa, corespunzător desenului piesei şi

planului de operaţii; Transpunerea cu ajutorul unei maşini de scris speciale a informaţiilor

din tabelul program-piesa pe anumite formate de programare; Obţinerea portprogramului (benzi perforate sau magnetice) cu

informaţiile codificate, folosindu-se o serie de coduri specifice tipizate (de exemplu codul ISO).

Programarea manuală devine greoaie şi generatoare de eroi de programare, mai ales în cazul unor piese complicate, cu un număr mare de informaţii.

2. Programarea asistată de calculator a datelor înlătură principalul dezavantaj al

programării manuale (elaborare greoaie, cu posibile erori pentru volum de informaţii mare) şi asigură transpunerea directă a datelor (informaţiilor) din fişa plan - operaţii într-un limbaj înţeles de calculatorul electronic, care elaborează port-programul.

Pentru aceasta s-au elaborat limbaje speciale de programare asistată dintre care cel mai uzual şi mai răspândit este limbajul APT (Automaticaly Programmed Tools). Acest limbaj permite transpunerea caracteristicilor unei figuri geometrice în cuvinte convenţionale pe fişa program-piesă, fişă după care se realizează cartelele perforate pentru calculator. Pe baza cartelelor perforate calculatorul electronic elaborează portprogramul (banda Program-maşină).

Programarea asistată de calculator, deşi mai scumpă (datorită costului ridicat al calculatorului electronic) devine totuşi eficientă în cazul programelor complexe, respectiv cazul prelucrărilor după contur sau al copierii.

Utilizarea calculatoarelor electronice la comanda maşinilor-unelte va constitui în viitor principala direcţie de dezvoltare a automatizării complexe, cibernetice, a maşinilor-unelte.

Dezvoltarea maşinilor-unelte cu comandă numerică pentru industria lemnului a devenit deja o necesitate, de aceea, într-un viitor nu prea îndepărtat locul maşinilor-unelte convenţionale va fi luat de maşinile-unelte cu comandă numerică, comandate direct cu ajutorul calculatorului electronic.

XI.1.3.3. Sisteme de comandă adaptivă A. Definirea şi clasificarea sistemelor de comandă adaptivă

Comanda adaptivă (CA) a maşinilor-unelte reprezintă un mijloc de comandă a acestora

care permite ca anumiţi parametri tehnologici (viteza de avans etc.) să fie modificaţi automat în funcţie de alţi parametri măsurabili (puterea de aşchiere, forţa de aşchiere etc) şi care nu pot fi luaţi în consideraţie, cu precizia necesară, la calculul regimului de aşchiere.

Este cunoscut faptul că prelucrarea mecanică a lemnului este un proces complex şi că lemnul, prin structura sa anizotropică, generează perturbaţii parametrice ce apar chiar în timpul desfăşurării procesului de tăiere, perturbaţii care sunt nu numai imprevizibile, dar care modifică într-o măsură considerabilă performanţele procesului.

Principalele perturbaţii care pot apărea într-un proces de aşchiere a lemnului sunt cauzate de:

- neomogenitatea materialului de prelucrat care conduce la modificarea proprietăţilor fizico-mecanice şi tehnologice ale acestuia;

- variaţii dimensionale ale pieselor ce se prelucrează datorate fie prelucrărilor anterioare fie variaţiei de umiditate a lemnului;

- scăderea capacităţii de tăiere a sculelor tăietoare în special datorită uzurii muchiei tăietoare în procesul de tăiere;

216

- modificări ale rigidităţii sistemului maşină – sculă – piesă, datorită unor suprasarcini ce apar în timpul procesului de tăiere.

Prin comanda adaptivă se compensează o parte din perturbaţiile parametrice ce intervin în desfăşurarea procesului de aşchiere pentru a se obţine, în orice moment al prelucrării, o desfăşurare dorită a acestuia din punct de vedere al performanţelor.

Deci, prin comandă adaptivă – CA – a unei maşini unelte se înţelege un sistem de

automatizare a prelucrării, care, pe baza informaţiilor primite de la mărimile de referinţă şi a informaţiilor provenite din măsurarea unor parametri ai regimului de aşchiere chiar în timpul desfăşurării lui şi prelucrate potrivit unei anumite strategii, reglează parametrii regimului de aşchiere astfel încât să se obţină un efect tehnico-economic optim.

Potrivit acestei definiţii a comenzii adaptive, parametrii regimului de aşchiere sunt

reglaţi de sistemul de CA pe baza unor informaţii curente, primite chiar în timpul desfăşurării procesului, deci maşina unealtă se autoadaptează la condiţiile mereu schimbate ale procesului de aşchiere. Se poate evidenţia deci, că acest mod de comandă reprezintă una din cele mai moderne şi mai ştiinţifice etape în dezvoltarea maşinilor-unelte.

Sistemele de comandă adaptivă se pretează atât la maşinile unelte convenţionale cât şi la maşinile unelte cu comandă numerică CN, pe plan mondial, cele mai perfecţionate maşini-unelte fiind cele combinate: comandă numerică şi comandă adaptivă (CN + CA). Construcţia maşinilor-unelte cu comandă adaptivă prezintă – în ambele cazuri – certe avantaje, cum ar fi:

• reducerea cheltuielilor de proiectare a produselor tehnologice şi de înscriere a

lor pe port-programe; • compensarea automată a tuturor erorilor provocate de factorii perturbatori ai

procesului de aşchiere şi care nu pot fi evidenţiaţi în relaţii de calcul analitice; • protejarea împotriva supraîncărcărilor a sistemului tehnologic elastic: maşină –

sculă – piesă, etc. În literatura de specialitate sistemele de comandă adaptivă sunt clasificate în două grupe

mari: “Sisteme de comandă adaptivă cu valori limită” (ACC) şi “sisteme de comandă adaptivă de optimizare” (ACO).

Mărimi de reacţie (mărimi măsurate)

Limitele domeniului de reglare

Scopul reglării

- uzura sculei; - componentele forţei de

aşchiere; - momentul (cuplul); - puterea; - vibraţiile; - temperatura; - calitatea suprafeţei; - precizia dimensională şi

de formă. Strategia restricţiilor

- protecţia maşinii, sculei şi piesei contra suprasarcinilor;

- reglarea regimului de aşchiere;- împărţirea adaosului de

prelucrare; - schimbarea automată a sculei; - supravegherea automată a

calităţii.

Fig. 6.31. Schema generală a unui sistem de comandă adaptivă cu valori limită (ACC).

217

Mărimi de reacţie (mărimi măsurate)

Limitele domeniului de reglare

Scopul reglării

- uzura sculei; - componentele forţei de

aşchiere; - cuplul (momentul); - puterea; - vibraţiile; - temperatura; - calitatea suprafeţei; - precizia dimensională şi

de formă.

Strategie. Model. Funcţii de transfer.

PRELUCRAREA OPTIMĂ PRIN AŞCHIERE PENTRU ASIGURAREA: - unei productivităţii maxime; - unui preţ de cost minim; - durabilităţii maxime a sculei; - anumite calităţi a suprafeţelor, o

bună precizie dimensională şi de formă;

- încărcări optime a maşinii; - unui compromis admisibil între

productivitatea maximă şi preţul de cost minim.

Fig. 6.32. Schema generală a unui sistem de comandă adaptivă de optimizare (ACO).

Sistemele de comandă adaptivă cu valori limită – ACC – se mai întâlnesc şi sub denumirea de “sisteme de reglare cu ajustare”, sau “sisteme de adaptare cu restricţii”, sau “sisteme de încărcare maximă”. Indiferent de formulările adoptate, prin adaptare se înţelege “schimbarea automată a condiţiilor de prelucrare în funcţie de modul de lucru, scopul reglării fiind utilizarea rezervelor de încărcare prin modificarea valorilor de referinţă în sistemul maşină – sculă – piesă – dispozitiv.

Sistemele de comandă adaptivă cu valori limită – ACC – realizează reglarea automată a unui parametru la o valoare impusă, selecţionată dintr-o serie de valori programate, conform unei anumite strategii. Sistemele de comandă adaptivă de optimizare – ACO – urmăresc atingerea unui optim în procesul de prelucrare, în conformitate cu un criteriu de performanţă ales. Schema generală a unui sistem de comandă adaptivă cu valori limită – ACC – este prezentată în figura 6.31, iar a unui sistem de comandă adaptivă de optimizare în figura 6.32. In cazul sistemului de adaptare cu valori limită – ACC – se urmăreşte menţinerea unei mărimi (sau grup de mărimi) la o valoare prescrisă concomitent cu respectarea unor restricţii impuse altor mărimi (valori limită). Strategia de reglare este legată direct de procesul tehnologic şi nu poate fi considerată o strategie de optimizare. In cazul sistemului de comandă adaptivă de optimizare – ACO – (fig.6.32), analiza factorilor de natură tehnologică, de capacitate de lucru şi de exploatare, a condus la tendinţa de a realiza un criteriu de conducere optimală a procesului de aşchiere bazat pe minimizarea sau maximizarea unui indice de performanţă ales sau pe alegerea unui compromis acceptabil.

Din analiza celor două scheme generale ale sistemelor de comandă adaptivă ACC şi ACO s-ar părea că sunt mai eficiente sistemele ACO. De altfel, preocupările constructorilor de maşini-unelte s-au concretizat, în primul moment, în realizarea de echipamente ACO. Dar, datorită complexităţii lor şi mai ales, a costului ridicat, s-au dovedit a fi mai puţin eficiente decât sistemele ACC, iar din punct de vedere al performanţelor tehnice, diferenţele sunt minime.

În ceea ce privesc maşinile de prelucrarea lemnului, în general, realizarea de comenzi adaptive pentru comanda acestora este posibilă numai în următoarele condiţii:

- maşina-unealtă să asigure, prin sistemul ei constructiv, independenţa – din punct de vedere cinematic – a axelor, adică lanţurile cinematice de tăiere şi de avans să aibe surse proprii de mişcare (acţionare independentă);

- să se asigure modificarea continuă a avansului într-o gamă de reglare suficient de mare, pentru a se asigura realizarea tuturor regimurilor de aşchiere corespunzător

218

unui mare număr de specii lemnoase ce se prelucrează şi în condiţiile unor parametri diferiţi ai regimurilor de aşchiere;

- să permită echiparea maşinii cu traductori corespunzători mărimilor mecanice sau nemecanice specifice, în vederea realizării condiţiei de adaptare;

- costul echipamentelor de comandă adaptivă să fie cât mai mic, dat fiind faptul că maşinile pentru prelucrarea lemnului sunt mult mai ieftine decât maşinile unelte pentru prelucrarea metalelor (la care comanda adaptivă s-a generalizat, peste 50% din maşinile fabricate la nivelul anului 2000 fiind dotate cu comenzi adaptive).

Analizând sistemele de comandă adaptivă la maşinile-unelte realizate până la ora actuală şi având în vedere particularităţile specifice prelucrării lemnului, sistemele de comandă adaptivă care se pretează cel mai bine şi la aceste maşini sunt cele cu valori limită (sau restricţii) de tip ACC.

Având în vedere considerentele de mai sus, este lesne de observat că sistemul de comandă adaptivă necesar şi posibil de realizat pentru acest tip de maşină va fi sistemul de tip ACC la care mărimea de referinţă să fie puterea absorbită la arborele principal iar restricţiile impuse să se refere la viteza de avans, adică asigurarea variaţiei continue a vitezei de avans între valorile umin…umax, în aşa fel încât, în orice moment al prelucrării, puterea absorbită de motorul care antrenează lanţul cinematic al mişcării de tăiere să fie constantă (Pm = ct.).

B. Factorii care impun comanda adaptivă la maşinile pentru prelucrarea lemnului

Este îndeobşte cunoscut faptul că orice proces de prelucrare mecanică a lemnului este determinat de o serie de factori cum ar fi: materialul lemnos care se prelucrează, scula cu care se face prelucrarea, maşina-unealtă şi regimul de lucru. Studierea globală a acestor factori, în intercondiţionarea reciprocă, în timpul unor procedee de prelucrare mecanică a lemnului nu a fost încă realizată.

De altfel, cuprinderea tuturor acestor factori precum şi modificările lor în timpul unei operaţii de prelucrare în expresii matematice care să servească la stabilirea parametrilor optimi de lucru este o problemă extrem de greu de realizat.

Materialul lemnos care se prelucrează este alcătuit din semifabricate din lemn masiv, de diverse specii lemnoase. Chiar în cadrul aceleiaşi specii, proprietăţile fizico-mecanice şi mai ales cele tehnologice diferă foarte mult. Aceeaşi piesă din lemn, luată din acelaşi buştean, are proprietăţi fizico-mecanice diferite de restul pieselor. Existenţa nodurilor, zonelor de compresiune şi a altor defecte de structură ale lemnului, fac ca proprietăţile fizico-mecanice să difere mult, chiar şi la prelucrarea unei singure piese. Variaţia dimensională a pieselor ce se prelucrează, deci valorile diferite ale adâncimii stratului de lemn ce se prelucrează la o trecere prin maşină, constituie o altă cauză a variaţiei parametrilor dinamici ai procesului de aşchiere, care variază continuu, neputând fi evidenţiaţi prin relaţii matematice analitice.

Variaţia umidităţii pieselor din lemn care se prelucrează chiar dacă este în limite mici, influenţează proprietăţile tehnologice şi regimul de aşchiere.

Direcţia fibrelor lemnului faţă de planul de prelucrare este un alt factor important de influenţă a parametrilor dinamici şi tehnologici ai regimului de aşchiere.

Scula cu care se realizează prelucrarea are un rol determinant în asigurarea atât a calităţii suprafeţei prelucrate, cât şi în asigurarea parametrilor cinematici şi dinamici optimi ai regimului de lucru.

Durabilitatea sculei şi gradul de uzură depind atât de materialul din care este confecţionat tăişul sculei cât şi de materialul lemnos care se prelucrează şi de regimul de aşchiere. Aprecierea sau calculul gradului de uzură prin relaţii matematice nu se poate face la ora actuală, datorită tocmai acestor factori aleatori. Echilibrarea statică şi dinamică a sculei are un rol determinant în asigurarea stabilităţii sistemului elastic sculă – piesă – maşină, cu implicaţii asupra rigidităţii sistemului şi indirect, asupra calităţii suprafeţelor prelucrate.

219

O problemă nerezolvată încă, este aceea de stabilire a momentului (timpului) când se impune reascuţirea sculelor, neputându-se calcula, cu relaţii matematice, timpul după care se impune reascuţirea sculei. Acest lucru se stabileşte pe baza unor aprecieri subiective, după “experienţă”, după anumite necesităţi” etc.

Un criteriu obiectiv de apreciere a gradului de uzură îl poate constitui creşterea puterii absorbite la acţionarea lanţului cinematic de tăiere, evidenţiată într-un sistem de comandă adaptivă a maşinii respective, la care mărimea conducătoare a parametrului de reglare automată o constituie puterea absorbită de motorul care acţionează lanţul cinematic de tăiere.

Maşina-unealtă pe care se realizează prelucrarea, prin structura ei cinematică, trebuie să asigure realizarea unor parametri bine determinaţi ai regimului de lucru. Datorită transmisiilor mecanice din structura sa, randamentelor variabile a lanţurilor cinematice (randamente influenţate de uzura organelor componente, sisteme de ungere, intensitatea procesului de exploatare etc) precum şi a altor factori (domenii de reglare mici ale transmisiilor mecanice, reglarea cu parametri de lucru constanţi etc) maşinile pentru prelucrarea lemnului, în structurile actuale, nu pot asigura regimuri de lucru optime din punct de vedere al asigurării calităţii suprafeţelor prelucrate, al capacităţii de lucru maxime şi al consumului de energie minim. Se constată că motoarele pentru acţionarea lanţurilor cinematice de tăiere – în special – sunt mult supradimensionate. Ori, a utiliza o maşină-unealtă la o capacitate de lucru sub capacitatea pe care o poate asigura motorul electric de antrenare a lanţului cinematic de tăiere este neeconomic atât din punct de vedere energetic (scăderea randamentului motorului şi mai ales a factorului de putere, cos φ), cât mai ales din punct de vedere al costului prelucrării.

Regimul de aşchiere ales sau calculat, este orientativ, de moment, defăşurarea lui pe maşina-unealtă neţinând cont de toţi aceşti factori care pot interveni în desfăşurarea unui proces de prelucrare.

Stabilirea parametrilor reali ai regimului de aşchiere, corespunzător cu variaţiile reale şi neprevăzute, dar practic permanente pe toată durata procesului de prelucrare, a factorilor tehnologici, se poate face cu ajutorul sistemelor de comandă adaptivă.

Prin urmare, comanda adaptivă are rolul unui “tehnolog automat”, deoarece pe baza unor valori iniţiale, stabilite cu aproximaţii mari, ea asigură “adaptarea” parametrilor procesului de tăiere la valorile iniţiale, în funcţie de condiţiile concrete de desfăşurare a procesului de prelucrare şi pe toată durata acestuia.

Realizarea sistemelor de comandă adaptivă la maşinile pentru prelucrarea lemnului, presupune o serie de investiţii legate de echipamentul de comandă, investiţii care conduc la ridicarea costului acestor maşini. Având însă în vedere că prin perfecţionările continue ale sistemelor de comandă costurile acestora tind să scadă şi, pe de altă parte efectele economice ce se obţin: reducerea costului prelucrării, economia de energie, creşterea capacităţii de lucru a maşinilor, etc., este evidentă necesitatea şi posibilitatea trecerii hotărâte la implementarea acestor structuri de automatizare a maşinilor pentru prelucrarea lemnului, realizarea deci de maşini cu comenzi adaptive. Apariţia maşinilor cu comandă numerică nu numai că nu înlătură necesitatea realizării comenzilor adaptive, ci, mai mult, aceste două sisteme coexistă, realizând optimul de prelucrare.

Pentru etapa actuală, este necesar şi oportun să se asigure trecerea la realizarea de maşini cu comenzi adaptive şi la prelucrarea lemnului, avându-se în vedere posibilităţile pe care le oferă aceste sisteme de automatizare.

Comenzile adaptive cele mai simple şi mai ieftine – cele cu valori limită ACC, prezintă importante avantaje cum ar fi: creşterea gradului de utilizare a puterii instalate, eliminarea parţială a proiectării tehnologice, creşterea capacităţii de lucru şi precizia de prelucrare etc., ceea ce face indispensabilă aplicarea lor şi pentru comanda maşinilor pentru prelucrarea lemnului.

220

C. Structura unui sistem de comandă adaptivă (ca) Realizarea de maşini-unelte cu comandă adaptivă vizează atât optimizarea funcţională a

lanţurilor cinematice ale acestora cât mai ales optimizarea constructivă a lanţurilor cinematice de avans.

În cele ce urmează, se va prezenta structura unui sistem de comandă adaptivă, realizată prin modificarea structurii cinematice a lanţului cinematic de avans de la o maşină de rindeluit la grosime din producţia I.M. Roman, din tipul celor aflate în exploatare curentă, în majoritatea fabricilor de prelucrare a lemnului din ţară. Schema bloc a instalaţiei de comandă adaptivă este prezentată în figura 6. 33.

Fig.6.33. Schema bloc a instalaţiei de comandă adaptivă.

Din figura 6.33. se observă că varianta de adaptare aleasă este reglarea automată a

vitezei de avans pentru prelucrarea cu putere de tăiere constantă, în condiţii de calitate a suprafeţelor prelucrate (rugozitate) prestabilite. Astfel, în blocul mărimilor de intrare (B.M.I.) se introduce valoarea aleasă - up - pe care o poate avea viteza de avans pentru a se realiza prelucrarea în anumite condiţii de rugozitate a suprafeţei prelucrate şi pentru a limita ambalarea la maxim (acţionarea avansului cu viteză de avans maximă) a motorului de curent continuu care antrenează lanţul cinematic de avans la pornirea maşinii şi la mersul în gol. Această valoare este aleasă (sau calculată) de tehnolog, în funcţie de specia lemnoasă ce se prelucrează, destinaţia piesei ce se prelucrează, alte restricţii ale regimului de aşchiere.

Pe baza semnalului de tensiune UA emis de blocul mărimilor de intrare (B.M.I), blocul de comandă a avansului - ACMM - comandă prin semnalul de comandă UAC acţionarea motorului de curent continuu al lanţului cinematic de avans - LCAV - pentru realizarea vitezei de avans programate - up. Structura cinematică a maşinii M.U.P.L. cuprinde şi lanţul cinematic de tăiere, caracterizat prin puterea de tăiere - P - (sau puterea totală aparentă), absorbită din reţea de motorul care acţionează lanţul cinematic de tăiere - LCt. Puterea de tăiere (sau puterea totală, care cuprinde puterea de tăiere şi puterea de mers în gol) este determinată - în principal - de viteza de avans, u: (P = f(u)) şi de o serie de alţi factori externi - E, care nu depind de maşina unealtă, cum ar fi: specia lemnoasă, adâncimea de aşchiere, lăţimea de aşchiere, direcţia planului de tăiere faţă de direcţia fibrelor, uzura cuţitului etc. Toţi aceşti factori externi, nu pot fi cuprinşi în relaţii de calcul analitice pentru determinarea prin calcul a puterii de aşchiere, de aceea, s-a ales ca principal factor de influenţă a puterii de tăiere viteza de avans.

Se impune şi evidenţierea faptului că alegerea puterii de tăiere ca mărime de referinţă s-a făcut atât datorită dependenţei ei evidente de viteza de avans cât şi de faptul că permite utilizarea unui traductor de putere - 3 TPT. Traductorul este legat direct la reţeaua de alimentare a motorului electric de acţionare a lanţului cinematic de tăiere şi în funcţie de puterea Pa, măsurată, emite un semnal de tensiune - UT - către blocul de comparare BC.

221

Având în vedere că semnalul de tensiune UT dat de traductorul 3 TPT este direct proporţional şi variază liniar cu puterea de tăiere, în locul de comparare este necesar ca semnalul primit să fie transformat în semnal de comandă UBC, care să asigure funcţionarea maşinii la putere constantă. Astfel, dacă puterea de tăiere - Pa - este mai mică decât puterea nominală a motorului, Pm, atunci, în mod proporţional, semnalul - UT - emis de traductor - avea o valoare corezpunzător mai mică decât UT max (UT max corespunde situaţiei în care Pa = Pm).

În acest caz, blocul de comparare BC va emite un semnal UBC - corespunzător mai mare, în vederea comenzii de către ACMM a creşterii turaţiei motorului de curent continuu care acţionează lanţul cinematic de avans, până când puterea de aşchiere (Pa) devine egală cu puterea nominală a motorului, Pm. În situaţia în care puterea de aşchiere înregistrată de traductor este mai mare (sau tinde să crească) decât puterea nominală a motorului, atunci semnalul de tensiune UT > UT max, iar blocul de comandă - BC - acţionează în sensul emiterii unui semnal de tensiune UBC care să comande - prin blocul ACMM - reducerea tensiunii de alimentare UAC a motorului de curent continuu şi deci reducerea turaţiei acestuia, ceea ce implică scăderea vitezei de avans până la realizarea condiţiei: Pa = Pm.

Această structură a unui sistem de comandă adaptivă se poate realiza şi pentru alte tipuri de maşini-unelte pentru prelucrarea lemnului, cum ar fi: gatere verticale, ferăstraie circulare de spintecat multiplu, maşini de şlefuit etc.

XI.1.4. Test de evaluare a cunoştinţelor 1. Definiţi noţiunea de Sistem de comandă numerică şi Sistem de comandă adaptivă.

222

Bibliografie BALAURE, E. (1987). Sisteme şi echipamente de comandă numerică. Editura Tehnică Bucureşti. BOTEZ, E. (1977). Maşini-unelte. Bazele teoretice ale proiectării I. Editura Tehnică Bucureşti. BORANGIU, TH. ş.a. (1982). Structuri moderne de conducere automată a maşinilor-unelte. Editura Tehnică Bucureşti. BUDĂU, G. RADU, A. (1985). Consideraţii teoretice privind noţiunile de avans şi viteză de avans. Buletinul Sesiunii ştiinţifice “Tehnologii şi utilaje noi în industria lemnului”, Braşov, 8-9 noiembrie 1985. BUDĂU, G. RADU, A. (1985). Cercetări teoretice şi experimentale privind modernizarea cinematicii maşinii de rindeluit la grosime. În Revista Industria lemnului, nr. 2/1985. BUDĂU, G. RADU, A. (1985). Determinarea capacităţii de reglare a unui lanţ cinematic de avans. Buletinul Sesiunii ştiinţifice “Tehnologii şi utilaje noi în industria lemnului”, Braşov, 8-9 noiembrie 1985. BUDĂU, G. RADU, A. (1986). Contribuţii la îmbunătăţirea mecanismelor de avans ale maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului. În Revista Industria lemnului, nr. 1/1986. BUDĂU, G. RADU, A. (1986). Probleme ale mecanizării avansului la maşinile pentru prelucrarea lemnului cu avans manual. În Revista Industria lemnului, nr. 2/1986. BUDĂU, G. (1988). Cercetări teoretice şi experimentale cu privire la optimizarea funcţională şi constructivă a mecanismelor de avans ale maşinilor pentru prelucrarea lemnului. Teză de doctorat. Universitatea din Braşov. BUDĂU, G. (1989). Comanda adaptivă (CA) la maşinile pentru prelucrarea lemnului. Buletinul Comisiei Inginerilor şi Tehnicienilor din Judeţul Braşov. Vol. IV. BUDĂU, G. (1989). Analiza cinematicii lanţurilor cinematice de avans ale maşinilor pentru prelucrarea lemnului. Buletinul Universităţii din Braşov, seria B-II, vol. XXXI. BUDĂU, G. (1990). Maşină de rindeluit la grosime cu comandă adaptivă. În Revista Industria lemnului, nr. 1/1990. BUDAU, G. (1990). Structura sistemelor de comandă numerică ale maşinilor pentru prelucrarea lemnului. Buletinul Universităţii din Braşov, seria B-II, vol. XXXII. BUDAU, G., ISPAS, M. (1991). Comanda numerică a maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului. Fascicol de curs. Reprografia Universităţii Transilvania Braşov. BUDĂU, G. (1993). Centre de prelucrare cu comanda numerică (Îndrumar pentru lucrări practice), Reprografia Universităţii din Braşov. BUDAU, G. (1994). Cinematica maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului, Editura "Lux Libris" Braşov. BUDĂU, G., ISPAS, M. (1996) Comanda numerică a maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului, Editura "Lux Libris" Braşov. BUDĂU, G. (1998). Cinematica maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului - Ediţia a II-a. Revizuită şi adăugită. Editura "Lux Libris" Braşov. BUDAU, G., ISPAS, M., CAMPEAN, M. (2003). Kinematics of Woodprocessing Machine-Tools, Editura Universităţi "Transilvania" din Braşov. CÂMPEAN, M., ISPAS, M., BUDĂU, G., LĂZĂRESCU, C. (2000). Dicţionar pentru industria lemnului, Editura Universităţi "Transilvania" din Braşov. DOGARU, V. (1981). Aşchierea lemnului şi scule aşchietoare. Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti. DOGARU, V. (1985). Bazele tăierii lemnului şi a materialelor lemnoase. Editura Tehnică, Bucureşti.

223

DRĂGHICI, I., ş.a. (1981). Îndrumar de proiectare în construcţia de maşini. Editura Tehnică, Bucureşti. ISPAS, C., ş.a. (1984). Ergonomia maşinilor-unelte. Editura Tehnică, Bucureşti. ISPAS, M., BUDĂU, G., CÂMPEAN, M. (2004). WOODWORKING MACHINE-TOOLS. Kinematics-Components-Control. Editura Universităţi “Transilvania” Braşov. MAIER, G. Holzbearbeitungsmaschinen – DRW – Verlag, Stuttgard. MAKOVSKII, N.V. (1982). Procktirovanie derevoabrabativaniscek maşin. Lesnia Promîşlenost, Moscova. MOGAN, GH. (2003). Proiectarea constructivă a sistemelor mecanice ale produselor mecatronice. Roboţi industriali. Editura Universităţii Transilvania din Braşov. NICULESCU-MIZIL, G. (1989). Sisteme flexibile de prelucrare. Editura Tehnică Bucureşti. PETRICAN, M., ş.a. (1990). Aplicaţii ale tensometriei în industria lemnului. Editura Tehnică, Bucureşti. PRUVOT, F. (1993). Conception et Calcul des Machines-Outils. Vol. 1. Généralités. Morphologie. Plan general. Presser Polytechniques et Universitaires Romandes, Lasanne. PRUVOT, F. (1993). Conception et Calcul des Machines-Outils. Vol. 2. Les Braches. Ètude cinématique et statique. Presser Polytechniques et Universitaires Romandes, Lasanne. RADU, A. (1977). Maşini pentru prelucrarea lemnului. Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti. RADU, A., CURTU, I. (1984). Dinamica maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului. Editura Tehnică, Bucureşti. SCHMIDT, N. Formatkreissägen – Band 1. A.F.W. Werbeagentur Grubh, Kassel. ŢĂRAN, N., ş.a. (1985). Reglarea maşinilor-unelte pentru prelucrarea lemnului. Editura Tehnică, Bucureşti. ŢĂRAN, N. (1989). Maşini şi utilaje cu comandă numerică pentru prelucrarea lemnului. În Revista Mobila, nr. 1/1989. ŢĂRAN, N. (1990). Noi soluţii tehnice în construcţia maşinilor de frezat verticale. În Revista Industria Lemnului, nr. 3-4/1990. ŢĂRAN, N. (1992). Montarea, întreţinerea şi folosirea maşinilor-unelte şi utilajelor în Industria Lemnului. Editura Tehnică, Bucureşti. ŢĂRAN, N., BUDĂU, G. (1993). Maşini-unelte pentru prelucrarea lemnului. Partea I. Reprografia Universităţii Transilvania Braşov. ZETU, D., ş.a. (1982). Maşini-unelte automate şi cu comandă numerică. Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti. *** Prospecte ale firmelor: Altendorf, Bäuerle, Casadei, Delmac, Esterer, Fooke, Helma, Holzher, Homag, Linck, Martin-Raute, S.C.M., Shoda, Wusster-Dietz etc. *** Lexicon Tehnic Român. Vol. I-X. Editura Tehnică, Bucureşti, 1962. *** Dicţionar Enciclopedic Român. Vol. I-IV. Academia R.P.R. Editura Politică, Bucureşti, 1965.