Cinematica masinilor-unelte
Autor: Nicolae Predincea
Editura: A.G.I.R.
Format: 17x24 cm
Nr. pagini: 586 color
Coperta: brosata
ISBN: 978-973-720-589-6
Anul aparitiei: 2015
PREFATA:
Lucrarea abordeaza problema cinematicii masinilor-unelte din perspectiva scopului pentru care sunt concepute acestea, acela de obtinere a suprafetelor de diferite forme si dimensiuni ale pieselor prelucrate prin aschiere, in anumite conditii de precizie si productivitate. In acest context, semnificative sunt cele spuse de profesorul Emil BOTEZ, intemeietorul Scolii romanesti de masini-unelte, care afirma in prefata la volumul Cinematica masinilor-unelte aparuta in 1961 la Editura Tehnica:
„Totalitatea lanturilor cinematice, necesare generarii suprafetelor prin aschiere pe masini-unelte, a permis elaborarea unei teorii a lanturilor cinematice generatoare, teorie care pe langa posibilitatea de a fi imbunatatita si completata in viitor, permite in prezent constructorului de a proiecta ori care gen sau tip de masina-unealta, iar tehnologului, de a stabili posibilitatile de utilizare rationala a unei astfel de masini existente“.
Prin prezenta lucrare se doreste efectuarea unui arc in timp asupra viabilitatii teoriei lanturilor cinematice in conditiile unui salt inimaginabil in evolutia masinilor-unelte referitoare la structura mecanica si cinematica, dar totodata a integrarii celor mai performante realizari din domeniile energeticii, automatizarii si informaticii, ceea ce a contribuit la devenirea acestora ca veritabile produse mecatronice.
Lucrarea este structurata in cinci capitole, cu continutul strict necesar pentru o dezvoltare cuprinzatoare a ceea ce a reprezentat si reprezinta masina-unealta pentru inginerii specialisti in constructia de masini, dar si pentru cei ce aspira la dezlegarea unui concept fascinant, in continua evolutie.
Sisteme de productie si masini-unelte este titlul primului capitol in care se stabileste pozitia masinii-unelte in sistemul de productie. Se continua cu definirea, clasificarea si evidentierea principalelor elemente de structura ale masinilor-unelte, prilej cu care se prezinta conceptele noi care domina masina-unealta ca produs de inalta tehnicitate.
In capitolul al doilea, intitulat Elemente de teoria lanturilor cinematice, dupa definirea si clasificarea acestora, se prezinta principalele mecanisme prin care se realizeaza functiile de primire, transmitere si transformare a miscarii de rotatie. In continuare, se stabilesc caracteristicile lanturilor cinematice si modul de asociere a acestora. Se defineste mecanismul Botez, specific lanturilor cinematice inchise, cu ajutorul caruia se dezvolta teoria asocierii mixte a acestor lanturi cinematice. Se argumenteaza valabilitatea acestei teorii, indiferent de portprogramul (rigid sau flexibil) folosit prin abordarea structurii cinematice atat a masinilor-unelte conventionale, cat si a celor cu comanda numerica.
Urmatoarele doua capitole (trei si patru) Lantul cinematic principal si, respectiv, Lantul cinematic de avans au o structura identica in care se trateaza: definirea, structura cinematica, caracteristicile definitorii si analiza diverselor posibilitati de constituire pe cale mecanica, hidraulica, electromecanica, hidromecanica sau electrica. Aceste capitole sunt amplu dezvoltate referitor la structura cinematica a masinilor-unelte cu comanda numerica prin abordarea si a unor aspecte cu privire la comportarea in regim static, dinamic si termic.
Ultimul capitol, Notiuni complementare. Aplicatii, are ca scop stabilirea principalelor caracteristici ale masinii-unelte, prezentarea unor studii de analiza si sinteza cinematica a acestora, algoritmi de alegere si verificare a unor elemente structurale ale lanturilor cinematice specifice masinilor-unelte cu comanda numerica.
Bibliografia contine lucrari in domeniu din literatura de specialitate din tara si strainatate: cursuri universitare, tratate, teze de doctorat, disertatii, articole din reviste cotate ISI etc. Semnificative, sunt lucrarile autorului, rod al unei cariere universitare si de cercetare in domeniu.
Intr-o editie revizuita si completata se vor dezvolta si problemele specifice cinematicii lanturilor cinematice generatoare complexe si lanturilor cinematice auxiliare din perspectiva evolutiei elementelor de actionare si a celor de transmitere a miscarii din structura lanturilor cinematice.
Prin structura, nivelul, selectarea materialului prezentat si continutul fundamentat pe teoria lanturilor cinematice, modul de tratare teoretic si aplicativ, stilul riguros, metodic si concis, lucrarea se subordoneaza rigorilor din tratatele de specialitate din domeniu, constituindu-se intr-un obiect de studiu si de aprofundare pentru cadrele didactice implicate in dezvoltarea sistemelor de productie si masinilor-unelte. In aceeasi masura este utila studentilor, doctoranzilor si specialistilor din domeniul tehnologiei constructiilor de masini, in general, si a celor din domeniul cercetarii, proiectarii, realizarii si exploatarii masinilor-unelte.
Pentru final, se impun aduse aminte cuvintele memorabile din prefata inegalabilului tratat Teoria sculelor aschietoare, sub semnatura celui ce a fost profesorul Zoltan DUCA:
... „dupa cum orice cautare de drumuri noi este susceptibila de erori, fara indoiala ca si la aceasta incercare nu vor lipsi scapari inerente. Vom fi deci recunoscatori daca acestea nu vor fi trecute sub tacere, precum si pentru orice sugestii de imbunatatire si de completare in viitor“.
Autorul
CUPRINS:
Prezentare autor XI
Prefata XIII
Profesorul Emil Botez - omul si opera XV
Notatii. Abrevieri. Indici XIX
Introducere 1
1. Sisteme de productie si masini-unelte 7
1.1. Sistemul de productie 7
1.1.1. Definirea sistemului de productie 7
1.1.2. Structura sistemului de productie 10
1.1.3. Sistemul tehnologic 13
1.2. Masini-unelte 20
1.2.1. Definirea masinii-unelte 20
1.2.2. Clasificarea masinilor-unelte 38
1.3. Sisteme de fabricatie flexibile 48
1.3.1. Definirea conceptului de flexibilitate 48
1.3.2. Celule de fabricatie flexibile 52
1.3.3. Sisteme de fabricatie flexibile 58
1.3.4. Linii de transfer flexibile 65
1.4. Sistemul portant al masinilor-unelte 67
1.4.1. Generalitati 67
1.4.2. Elemente de structura ale masinilor-unelte 69
1.4.2.1. Batiuri 71
1.4.2.2. Montanti 76
1.4.2.3. Mese si sanii 90
1.4.2.4. Carcase 92
1.4.2.5. Constructii modulare 96
1.4.2.6. Constructii reconfigurabile 99
2. Elemente de teoria lanturilor cinematice 107
2.1. Definirea si clasificarea lanturilor cinematice 107
2.1.1. Definirea lantului cinematic 107
2.1.2. Clasificarea lanturilor cinematice 110
2.1.2.1. Clasificarea in functie de scop 110
2.1.2.1.1. Lanturi cinematice generatoare 110
2.1.2.1.2. Lanturi cinematice auxiliare 119
2.1.2.2. Clasificarea lanturilor cinematice in functie
de modul de actionare 121
2.1.2.3. Clasificarea lanturilor cinematice in functie
de natura mecanismelor 124
2.1.2.4. Clasificarea lanturilor cinematice in functie
de modul de asociere 128
2.2. Mecanisme din structura lanturilor cinematice 132
2.2.1. Caracteristicile mecanismului 132
2.2.2. Mecanisme pentru realizarea functiei de primire a miscarii 140
2.2.3. Mecanisme pentru functia de transmitere a miscarii de rotatie 142
2.2.3.1. Mecanisme pentru transmiterea miscarii
de rotatie continue 142
2.2.3.2. Mecanisme pentru transmiterea miscarii intermitente 175
2.2.3.3. Mecanisme pentru transmiterea miscarii rezultate
din insumarea a doua miscari componente 179
2.3. Caracteristicile lanturilor cinematice 186
2.3.1. Raportul de transfer al lantului cinematic 186
2.3.2. Ecuatia de transfer a lantului cinematic 188
2.3.3. Functia de reglare a lantului cinematic 190
2.3.4. Raportul de variatie a marimilor de intrare 191
2.3.5. Raportul de variatie a marimilor de iesire 193
2.3.6. Capacitatea de reglare a lantului cinematic 195
2.4. Teoria asocierii lanturilor cinematice 198
2.4.1. Criterii de asociere a lanturilor cinematice 198
2.4.2. Asocierea in serie a lanturilor cinematice 199
2.4.3. Asocierea in paralel a lanturilor cinematice 201
2.4.3.1. Asocierea in paralel cu marimile de iesire
neconditionate cinematic 201
2.4.3.2. Asocierea in paralel cu marimile de iesire
conditionate cinematic 204
2.4.3.2.1. Criterii cinematice de asociere 204
2.4.3.2.2. Mecanismul Botez. Definirea
lantului cinematic inchis 205
2.4.3.2.3. Functia de reglare a lantului cinematic inchis 209
2.4.3.2.4. Proprietatile mecanismului Botez 212
2.4.3.2.5. Exemplificari pentru functia de reglare
a lanturilor cinematice inchise 215
2.4.4. Asocierea mixta a lanturilor cinematice 223
2.5. Teoria asocierii lanturilor cinematice inchise 225
2.5.1. Particularitati de asociere 225
2.5.2. Asocierea lanturilor cinematice inchise folosind
mecanismul diferential 227
2.5.2.1. Principiul de asociere 227
2.5.2.2. Exemplificari ale asocierii lanturilor cinematice inchise 228
2.5.2.2.1. Cinematica generarii danturii rotilor cilindrice
cu dinti inclinati folosind freza-melc modul 228
2.5.2.2.2. Cinematica generarii danturii rotilor melcate
prin metoda cu avans tangential 234
2.5.2.2.3. Cinematica generarii danturii rotilor
cilindrice cu freza-melc prin
metoda frezarii in diagonala 236
2.5.2.2.4. Cinematica prelucrarii melcilor
cu cutit-roata 241
2.5.2.2.5. Cinematica generarii danturii interioare
inclinate a rotilor cilindrice 243
2.5.2.2.6. Cinematica generarii flancurilor
rotilor conice cu dantura eloida 244
2.5.2.2.7. Cinematica generarii flancurilor
rotilor conice cu dantura paloida 247
2.5.2.2.8. Cinematica detalonarii unei
freze-melc conice 253
2.5.2.3. Asocierea lanturilor cinematice inchise fara diferential 255
3. Lantul cinematic principal 258
3.1. Viteze de aschiere 258
3.1.1. Viteza reala de aschiere 258
3.1.2. Viteza de aschiere 259
3.1.3. Viteza economica de aschiere 266
3.2. Definirea si structura lantului cinematic principal 268
3.2.1. Definirea lantului cinematic principal 268
3.2.2. Conditii de actionare a lanturilor cinematice 270
3.2.2.1. Conditii dinamice 270
3.2.2.2. Caracteristici de actionare 270
3.2.3. Functii tranzitorii ale lantului cinematic principal 274
3.3. Lanturi cinematice principale pentru miscarea rectilinie 277
3.3.1. Caracteristicii ale miscarii principale rectilinii, alternative 277
3.3.2. Lanturi cinematice principale mecanice cu autoinversare 281
3.3.3. Lanturi cinematice principale mecanice, fara autoinversare 287
3.3.4. Lanturi cinematice principale pentru miscarea
rectilinie continua 289
3.4. Lanturi cinematice principale hidraulice 291
3.5. Lanturi cinematice principale hidromecanice 295
3.6. Lanturi cinematice principale electromecanice 296
3.6.1. Lanturi cinematice principale reglate cu variatoare
electrice de turatii 296
3.6.2. Lanturi cinematice principale electromecanice
cu motoare electrice cu turatie reglabila 297
3.6.3. Lanturi cinematic principale cu motoare electrice
cu cutie de viteze integrata 304
3.7. Lanturi cinematice principale cu arbore in constructie integrata 308
3.8. Constructii de arbori principali 323
4. Lantul cinematic de avans 331
4.1. Miscarea de avans 331
4.1.1. Definire. Clasificare 331
4.1.2. Distinctia dintre avans si viteza de avans 339
4.2. Lanturi cinematice de avans 341
4.2.1. Definire si clasificare 341
4.2.2. Lanturi cinematice de avans mecanice
cu miscare de avans continua 341
4.2.2.1. Particularitati de asociere 342
4.2.2.2. Structura cinematica 346
4.2.3. Lanturi cinematice de avans circular 357
4.2.4. Analiza cinematica a masinii de alezat si frezat AF 85 360
4.3. Lanturi cinematice de avans pentru miscarea de avans intermitenta 373
4.4. Lanturi cinematice de avans hidraulice 378
4.4.1. Structura sistemului hidrostatic de actionare 378
4.4.2. Structura lanturilor cinematice hidraulice 381
4.5. Lanturi cinematice de avans hidromecanice si hidropneumatice 388
4.5.1. Lanturi cinematice de avans hidromecanice 388
4.5.1.1. Motoare hidrostatice rotative 388
4.5.1.2. Structura lanturilor cinematice de avans hidromecanice 391
4.5.2. Lanturi cinematice de avans pneumohidraulice 393
4.6. Lanturi cinematice de avans / pozitionare 395
4.6.1. Clasificarea lanturilor cinematice de avans / pozitionare 395
4.6.2. Structura lanturilor cinematice de avans / pozitionare 398
4.6.2.1. Servomotoare 402
4.6.2.2. Cuplaje 411
4.6.2.3. Reductoare 417
4.6.2.4. Mecanisme de transformare a miscarii de rotatie
in miscare de translatie 421
4.6.3. Lanturi cinematice cu mecanism surub-piulite cu bile 429
4.6.3.1. Structura cinematica 429
4.6.3.2. Caracteristici ale lantului cinematic
de avans / pozitionare 440
4.6.3.3. Studiul factorilor de influenta 449
4.6.4. Lanturi cinematice de avans cu angrenaje cu cremaliera 461
4.6.4.1. Structuri de lanturi cinematice de avans / pozitionare
cu mecanism pinion cremaliera 461
4.6.4.2. Solutii cinematice pentru reducerea
si compensarea jocului de intoarcere 465
5. Notiuni complementare. Aplicatii 475
5.1. Caracteristici ale masinilor-unelte 475
5.1.1. Sistemul de referinta al masinilor-unelte 475
5.1.2. Simbolizarea masinilor-unelte 482
5.2. Analiza si sinteza cinematica a masinilor-unelte 488
5.2.1. Reprezentarea grafica a cinematicii masinilor-unelte 488
5.2.2. Ordonarea marimilor de iesire ale lanturilor cinematice 492
5.2.3. Calculul numarului de dinti ai rotilor pentru angrenaje 496
5.2.3.1. Rezolvarea problemei in cazul general 496
5.2.3.2. Rezolvarea problemei in cazul dificil 499
5.2.3.3. Grupuri baladoare cu roti legate 502
5.2.4. Retele structurale de turatii 508
5.2.4.1. Regula de formare a indicilor 508
5.2.4.2. Retele structurale anormale 510
5.3. Cinematica si reglarea masinilor de frezat universale 514
5.3.1. Caracteristicile lanturilor cinematice generatoare 514
5.3.2. Utilizarea capului divizor 517
5.3.2.1. Cinematica capului divizor universal cu discuri 517
5.3.2.2. Constituirea lantului cinematic de filetare
cu ajutorul capului divizor 524
Anexe 534
Bibliografie 548
DESPRE AUTOR:
Autorul acestei lucrari, Nicolae PREDINCEA, s-a nascut la 30 ianuarie 1945. Este absolvent al Institutului Politehnic din Bucuresti, specializarea Masini-unelte, din anul 1972. In acelasi an obtine postul de asistent universitar la Catedra de Masini-Unelte si Scule, condusa de reputatul profesor Emil BOTEZ. A parcurs treptele carierei universitare de sef de lucrari in anul 1983, conferentiar in anul 1992 si profesor universitar in anul 1995, la catedra Masini si Sisteme de productie a Universitatii Politehnica din Bucuresti.
In anul 2013, prin hotararea Senatului Universitatii Politehnica din Bucuresti i se confera titlul de Profesor emerit „ca semn al pretuirii celor pe care i-ati invatat sa gaseasca raspunsurile in ei insisi“.
A devenit doctor inginer in anul 1991, prin sustinerea tezei de doctorat intitulate Studiul deformatiilor termice si elastice ale masinilor-unelte si al influentei acestora asupra parametrilor de performanta, conducator stiintific fiind prof. univ. dr. ing. Aurel OPREAN, membru titular al Academiei de Stiinte Tehnice. Lucrarea s-a remarcat prin abordarea unei teme interdisciplinare, de noutate in domeniul cercetarii comportarii termice a masinilor-unelte. Studiile teoretice si tehnicile experimentale de masurare a temperaturii prin metode cu si fara contact au fost apreciate atat de specialisti din mediul academic si de cercetare (ICSIT Titan), cat si de cei din domenii adiacente reprezentati de personalitati remarcabile, precum: Nicolae APOSTOLESCU, Vsevolod RADCENCO, Octavian MALANCOIU.
In cei 45 de ani de activitate didactica la Departamentul Masini si sisteme de productie a fost titularul unor discipline de referinta pentru specializarile Masini-unelte; TCM, Roboti industriali, Tehnologii si echipamente tehnologice, si anume: Proiectarea masinilor-unelte, Bazele aschierii si generarii suprafetelor, Procedee de prelucrare prin aschiere, Optimi¬zarea structurilor mecanice, Masini si sisteme de productie, Cinematica masinilor-unelte, Masini-unelte.
La studiile de Master a initiat si sustinut cursuri cu o tematica de actualitate, folosi-toare pentru continuarea pregatirii absolventilor prin activitatea de doctorat, dintre acestea semnificative sunt: Comportarea termica a sistemelor tehnologice; HSC si masini-unelte HSM; Tehnici experimentale pentru studiul structurilor mecanice; Procese si arhitecturi virtuale ale fabricatiei HSC; Masini-unelte virtuale, Masini-unelte in conceptie integrata, Optimizarea proceselor de fabricatie HSC.
Competenta didactica a fost dublata de o activitate publicistica constituita din 11 mono¬grafii si 17 indrumare de laborator si indrumare de proiectare. Sunt de evidentiat tratatele la care a fost coautor: Masini-unelte. Mecanisme de reglare, Masini-unelte. Incercare si receptie, Masini-unelte. Lucrari practice, Comanda numerica a masinilor-unelte, Bazele generarii prin aschiere a suprafetelor sau ca prim autor: Procedee de prelucrare prin aschiere, Bazele generarii suprafetelor pe masini-unelte, Prelucrari prin aschiere. De referinta este si lucrarea in patru volume Teoria si proiectarea masinilor-unelte. Indrumar de proiectare.
Este conducator de doctorat din anul 2000, in domeniul de doctorat Inginerie industriala cu 8 teze finalizate si 6 doctoranzi in diferite stadii de pregatire. Dintre temele abordate se remarca cele referitoare la precizia tehnologica a masinilor-unelte si studiile procesului de aschiere in conditii HSC: Studii teoretice si cercetari experimentale privind comportarea statica si dinamica a arborelui principal de la centrele de prelucrare in conditiile cresterii vitezei de aschiere; Studiul comportarii dinamice a lanturilor cinematice de avans din structura centrelor de prelucrare prin frezare in conditiile cresterii vitezei de avans/pozitionare; Modelarea si simularea LC de avans/pozitionare in scopul imbunatatirii caracteristicilor functionale; Studiul comportarii termice a lantului cinematic de avans/ pozitionare; Studii teoretice si cercetari experimentale privind transferul de caldura in procesul de aschiere cu viteze de mari de aschiere.
Activitatea de cercetare stiintifica. Primul articol si primul contract de colaborare stiintifica s-au implinit sub coordonarea profesorului Emil BOTEZ. In timp, s-au adunat in jur de 200, dintre care 180 in reviste de specialitate (11 ISI si 10 BDI). La sesiuni stiintifice sustinute in tara sunt 70. Bogata este si activitatea de cercetare dezvoltata in granturi nationale, la 13 fiind director si coordonator, iar la 46 colaborator. Din toate acestea se desprind urmatoarele domenii de competenta:
- proiectarea cinematica si organologica a masinilor-unelte;
- precizia tehnologica a masinilor-unelte (rigiditate statica, precizie geometrica si cinematica, comportare dinamica si termica) in conditiile cresterii vitezelor de proces;
- studiul procesului de aschiere in conditii HSC.
Dintre granturile de cercetare, se remarca prin tematica si rezultate urmatoarele:
- Studii teoretice si cercetari experimentale pentru lagaruirea arborilor principali cu turatii inalte;
- Tehnici de reducere si compensare a deformatiilor elastice si termice din structura LC de avans/pozitionare in conditiile cresterii vitezelor de avans/pozitionare;
- Cercetarea solutiilor constructive si tehnologice de imbunatatire a comportarii termice a arborelui principal de la masinile de gaurit in coordonate;
- Modelarea, simularea si optimizarea transferului de caldura in procesul de aschiere cu viteze de aschiere inalte;
- Stand complex pentru testarea si incercarea suruburilor cu bile.
S-a folosit acest prilej pentru dezvoltarea bazei materiale de cercetare prin achizi-tionarea unor echipamente performante folosite atat pentru activitatea de laborator la disciplinele de profil, cat si pentru cercetarile experimentale din activitatea de doctorat.
Competente si aptitudini organizatorice:
- Organizator de manifestari stiintifice, aptitudini in formarea unor echipe de proiect;
- Coordonator al unor publicatii stiintifice periodice, tratate de specialitate si monografii referitoare la activitatea departamentului MSP;
- Planificarea, monitorizarea si controlul activitatilor cu caracter didactic si de cercetare;
- Initiator al unor strategii de cercetare in domeniul masinilor-unelte;
- Preocupari pentru dezvoltarea bazei de cercetare experimentale si a fondului de carte stiintifica.
Prezent in echipa de organizare a primei Conferinte Nationale de Masini-Unelte din anul 1974, sub conducerea initiatorului acestei manifestari stiintifice, profesor Emil BOTEZ, a primit in anul 2015 Diploma de Excelenta pentru participarea cu lucrari stiintifice la toate editiile.
Competente de reprezentare:
- membru al Consiliului Facultatii IMST;
- membru al Biroului de Catedra;
- membru in Comisia Inginerie mecanica, Inginerie Navala si navigatie, Mecatronica si robotica a C.N.T.D.C.U;
- membru al asociatiilor profesionale: Asociatia Romana de Terminologie TERMROM - Romania; Asociatia Romana pentru Tehnologii Neconventionale, filiala Bucuresti; Asociatia Romana de Transmisii Mecanice - ROAMET, AGIR, ICMAS. Este inclus in Enciclopedia personalitatilor din Romania seria Hubnerrs Who is Who si Enciclopedia oamenilor de stiinta din Oltenia.