Embed Size (px)
Citation preview
1
�
RAPORTUL STIINTIFIC �I TEHNIC (RST)
Etapa 1. Analize preliminare privind procesul tehnologic de fabricare a inelelor de rulment pentru definirea cerin�elor constructiv func�ionale ale echipamentului de control
Data de finalizare : 31.12.2014
Proiect: PN-II-PT-PCCA-2013-4-1671 Titlul Proiectului: Sistem mecatronic inovativ pentru controlul inelelor de rulmen�i
prelucrate pe ma�ini CNC ca factor de optimizare a calit��ii suprafe�elor prelucrate – BeQuCon
Contract: 268 din 01/07/2014 Etapa I Analize preliminare privind procesul tehnologic de fabricare a
inelelor de rulment pentru definirea cerin�elor constructiv func�ionale ale echipamentului de control
�
�
�
�
�
�
Cuprins 1. Obiectivele generale ale proiectului; 2. Obiectivele specifice ale proiectului 3. Obiectivele etapei de execu�ie; 4. Rezumatul etapei; 5. Descrierea �tiin�ific� �i tehnica �i rezultatele etapei 6. Gradul de realizare a obiectivelor si modul de diseminare a rezultatelor 7. Bibliografie selectat�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
2
1. Obiectivele generale ale proiectului
Obiectivele generale ale proiectului BeQuCon sunt :
• realizarea de activit��i de C-D-I, într-un domeniu prioritar pentru economia româneasc� �i mondial� (industria rulmen�ilor), într-un parteneriat format din organiza�ii de cercetare �i un IMM, pentru cre�terea competitivit��i economice; • racordarea cercet�rii aplicative la evolu�ia �i cerin�ele mediului economic na�ional �i global, prin dezvoltarea unei tehnologii de control �i a unui echipament original, competitiv, cu impact economic major, care s� înglobeze solu�ii inovative pentru controlul multi-parametric al inelelor de rulmen�i prelucrate pe MU cu comanda numerica; • dezvoltarea capacit��ii institu�ionale �i a competen�elor resursei umane pentru cercetare aplicativ� �i dezvoltare de tehnologii inovative în Romania prin implicare în activit��i de cercetare a tinerilor cercet�tori, doctori, doctoranzi �i postdoctoranzi.
2. Obiectivele specifice ale proiectului sunt:
• analiza aspectelor tehnologice pentru stabilirea cerin�elor constructive �i func�ionale ale echipamentului mecatronic de control a inelelor de rulmen�i prelucrate pe ma�ini CNC; • proiectarea, realizarea �i testarea modelului func�ional al unui sistem mecatronic performant, pentru controlul mul�i-parametric al inelelor de rulmen�i prelucrate pe ma�ini CNC, în vederea controlului total �i regl�rii procesului de fabrica�ie; • dezvoltarea unor metode de calibrare rapid� a echipamentului de m�surare; • demonstrarea capabilit��ii �i utilit��ii echipamentului realizat; • diseminarea rezultatelor prin articole publicate în reviste, lucr�ri prezentate la conferin�e na�ionale �i interna�ionale �i simpozioane, bro�uri, pagin� web, workshop.
3. Obiectivele etapei
Scopul etapei 1 «Analize preliminare privind procesul tehnologic de fabricare a inelelor de rulment pentru definirea cerin�elor constructiv func�ionale ale echipamentului de control» este acela de a pune la dispozi�ia întregului consor�iu cuno�tin�ele �i bazele de date ale fiec�rui partener, în domeniul de interes, precum �i realizarea de studii �i analize preliminare în vederea definitiv�rii cerin�elor constructiv func�ionale ale echipamentului de control a inelelor de rulmen�i care va fi rezultatul acestui proiect. Analizele �i experiment�rile realizate au scopul de a eviden�ia: limit�rile tehnologiilor de control actuale; diferen�ele majore dintre tipodimensiunile reperelor inspectate �i implica�iile acestora; caracteristicile geometrice ale reperelor inspectate pentru stabilirea func�iilor de m�surare; solu�ii constructive posibile; scheme de m�surare; particularit��ile procesului tehnologic de fabrica�ie.
Obiectivele etapei 1 sunt : - analiza aspectelor tehnologice �i cerin�elor beneficiarilor pentru stabilirea caracteristicilor constructiv func�ionale ale echipamentului mecatronic de control a inelelor de rulmen�i prelucrate pe ma�ini CNC; - studii privind calitatea suprafe�elor prelucrate corelat cu parametrii procesului tehnologic; - analiza cerin�elor de calitate ale reperelor m�surate - stabilirea schemelor de m�surare �i de amplasare a traductoarelor; - promovarea proiectului prin realizare paginii web; - proiectare structuri mecanice model func�ional (par�ial): definirea solu�iilor constructive ale urm�toarelor subansambluri: modul de m�surare liniar�, mas� de control, mas� rotativ�, subansamblu centrare inele; - selectarea �i achizi�ia calculatorului industrial pentru procesarea �i afi�area datelor m�surate.
4. Rezumatul etapei
Proiectul “Sistem mecatronic inovativ pentru controlul inelelor de rulmen�i prelucrate pe ma�ini CNC ca factor de optimizare a calit��ii suprafe�elor prelucrate – BeQuCon”, are ca obiectiv principal dezvoltarea controlului calit��ii inelelor rulmen�ilor cu bile �i cu role prelucrate pe ma�ini CNC.
3
Cre�terea calit��ii rulmen�ilor �i eficientizarea procesului de fabrica�ie a elementelor componente necesit� tehnologii de control automatizate, flexibile, cu arhitectura deschisa, integrate pe fluxul de fabrica�ie. Sistemele tradi�ionale de control sunt costisitoare, au func�ionalitate limitat� �i necesit� timp îndelungat pentru adaptare la cerin�ele produc�iei.
Geometria �i calitatea suprafe�elor de rulare sunt esen�iale pentru realizarea unor rulmen�i de clas� superioar�, cu frec�ri minime, pentru cre�terea eficien�ei energetice a mecanismelor, reducerea nivelului de zgomot �i vibra�ii �i cre�terea duratei de via��.
Dac� tehnologiile de prelucrare a componentelor rulmen�ilor au cunoscut un salt calitativ prin utilizarea centrelor de prelucrare cu comand� numeric�, controlul total pe fluxul de fabrica�ie ridic� înc� mari probleme fabrican�ilor, datorit� marii variet��i de forme �i dimensiuni.
Pentru realizarea obiectivelor propuse, în etapa I a proiectului s-a realizat o analiz� am�nun�it� �i bine documentat� asupra tehnologiilor de fabrica�ie �i mijloacelor �i metodelor curent utilizate la m�surarea inelelor de rulment pe plan intern �i interna�ional. Aceast� analiz� serve�te ca baz� pentru în�elegerea problemelor �i dezvoltarea unor solu�ii alternative performante �i eficiente. Analizele �i studiile documentare realizate au avut în vedere eviden�ierea limit�rilor tehnologiilor actuale de inspec�ie a componentelor rulmen�ilor �i în special a inelelor de rulment �i identificarea solu�iilor pentru eliminarea acestora.
Proiectul urm�re�te integrarea controlului total al inelelor de rulmen�i în tehnologia de fabrica�ie pentru asigurarea calit��ii rulmen�ilor, furnizarea de informa�ii asupra proceselor, controlul proceselor, reducerea costurilor de fabrica�ie. Scopul final al proiectului îl constituie realizarea unui echipament mecatronic, flexibil, cu arhitectur� deschis�, destinat controlului mul�i-parametric a caracteristicilor dimensionale �i geometrice ale suprafe�elor inelelor rulmen�ilor radiali cu bile �i role. Acest echipament trebuie s� satisfac� urm�toarele cerin�e: calibrare precis� �i rapid�; adaptarea rapid� la cerin�ele procesului de fabrica�ie; detectarea sigur� �i precis� a abaterilor parametrilor rezulta�i în procesul de prelucrare; software modular, pentru controlul mul�i-parametric a unei game variate (forme �i dimensiuni) de inele de rulmen�i; capacitate decizional� pe baza unor criterii prestabilite; program de calcul statistic pentru controlul �i eficientizarea procesului de fabrica�ie.
La realizarea obiectivelor etapei I au participat partenerii CO (INCDMTM), P1 (UPB) �i P3 (COMIS) conform sarcinilor din Planul de realizare a proiectului. De�i partenerul P2 nu a avut sarcini repartizate în ceast� etap�, a participat la întâlnirea cu ceilal�i parteneri �i a fost informat periodic despre stadiul de realizare a obiectivelor �i rezultatele ob�inute. Activit��ile desf��urate în cadrul acestei etape, în conformitate cu planul de realizare a proiectului sunt:
A.1.1 Analiza tehnologiei de fabrica�ie a inelelor de rulmen�i. La realizarea acestei activit��i au participat to�i cei trei parteneri implica�i în realizarea obiectivelor
etapei I. Partenerul CO a efectuat o vizit� de lucru la partenerul P3 pentru analiza sistemului tehnologic de prelucrare prin a�chiere a elementelor componente ale rulmen�ilor (ma�ini-unelte, tehnologie de fabrica�ie, tehnologie de control). Partenerul CO a realizat o analiz� documentat� a cerin�elor referitoare la condi�iile de calitate ale rulmen�ilor �i componentelor acestora, pentru stabilirea func�iilor de m�surare ale echipamentului destinat inspec�iei inelelor de rulmen�i, în concordan�� cu specifica�iile tehnice, cerin�ele standardelor în domeniu �i tehnologia de prelucrare pe ma�ini unelte cu comand� numeric�. Partenerul P1 a analizat influen�a tehnologiei de fabrica�ie asupra calit��ii suprafe�elor �i preciziei geometrice a suprafe�elor prelucrate. Partenerul P3 a pus la dispozi�ia consor�iului toate datele referitoare la tehnologia de fabrica�ie, parametrii procesului tehnologic �i cerin�ele de calitate ale inelelor de rulment fabricate pe ma�ini-unelte cu comand� numeric�.
A.1.2 Analiza tehnologiei de fabrica�ie a inelelor de rulmen�i.
Aceast� activitate a fost realizat� de INCDMTM (CO) cu sprijinul SC COMIS SRL (P3). Partenerul P3 a realizat de asemenea schema de amplasare a echipamentului în sec�ia de prelucr�ri mecanice.
A1.3. Promovarea proiectului prin realizarea paginii web.
4
Pentru promovarea proiectului �i diseminarea rezultatelor partenerul CO a realizat pagina web a proiectului (http://www.incdmtm.ro/proiecte.php?proiectID=71).
A1.4. Proiectare structuri mecanice model functional (partial) - Definirea solu�iilor constructive ale urm�toarelor subansambluri: modul de m�surare liniar�, mas� de control, mas� rotativ�, subansamblu centrare inele Pe baza rezultatelor studiilor de documentare �i a analizelor comparative au fost definite solu�iile
constructive ale unor subansambluri func�ionale din structura echipamentului: modul de m�surare liniar� pentru profile circulare interioare �i exterioare (CO); masa de control cu suport reglabil pentru sistemul de achizi�ie �i prelucrare date (CO); mas� rotativ� pentru materializarea cu precizie a axei de m�surare (P1); subansamblu de centrare �i fixare rapid� a inelelor m�surate (P3).
Solu�iile propuse de parteneri conform sarcinilor din Planului de realizare a proiectului au fost analizate �i aprobate în cadrul consor�iului.
A.1.5. Selectarea �i achizi�ia calculatorului industrial pentru procesarea �i afi�area datelor Una din cele mai importante decizii în faza ini�ial� de proiectare a unui echipament cu ciclu
automat de func�ionare o constituie selectarea sistemului de control. Partenerul CO a analizat avantajele �i dezavantajele celor dou� tehnologii utilizate pe plan mondial pentru automatizarea echipamentelor de m�sur� �i control: sisteme de automatizare bazate pe automate programabile (PLC); sisteme de automatizare bazate pe calculatoare. Având în vedere necesitatea de procesare complex� a datelor (analiz� armonic�, analiz� statistic�, func�ii complexe de m�surare), pentru realizarea sistemului de achizi�ie �i procesare date a fost aleas� varianta constructiv� cu calculator industrial de panou �i plac� de achizi�ie date.
Alegerea solu�iei constructive bazat� pe un calculator industrial, în ciuda pre�ului considerabil mai mare decât al unui PC normal, este justificat� de faptul c�:
- toate componentele din structura unui calculator industrial sunt disponibile pe pia�� pe termen lung, au rezisten�� �i durabilitate net superioar� celor din PC-uri; - au pl�ci de baz� cu disponibilitate pe termen lung - con�in componente cu toleran�� mare la �oc �i la vibra�ii, cu domeniu de temperatur� extins, func�ionare non-stop , sunt protejate contra mediului ostil (umiditate, praf, vibra�ii, câmpuri electro-magnetice, etc); - ofer� posibilitatea de stocarea a datelor în condi�ii de siguran�� �i de lung� durat�. - construc�ie compact� ideal� pentru aplica�ii de automatiz�ri industriale, în care spa�iul de instalare este critic.
În cadrul acestei etape a fost selectat �i achizi�ionat calculatorul industrial de panou tip SIMATIC Panel PC 577 15”, pentru a permite, în etapa urm�toare proiectarea interfe�elor de comand� �i achizi�ie date.
Având în vedere modul de desf��urare a activit��ilor �i rezultatele ob�inute, consider�m c� gradul de realizare a obiectivelor este 100%.
Indicatorii de succes ai acestei etape sunt: definirea complet� a cerin�elor constructiv func�ionale ale echipamentului care urmeaz� a fi realizat; participarea activ� a tuturor partenerilor implica�i în realizarea obiectivelor acestei etape conform sarcinilor repartizate prin Planul de realizare; încadrarea în timpul programat; încadrarea în limitele bugetului disponibil.
Modalit��i de diseminare a rezultatelor: • Pentru promovarea proiectului �i rezultatelor ob�inute a fost realizat� pagina web a proiectului.
• A fost înaintat spre publicare în nr. 46 (în curs de apari�ie) al revistei „Romanian Review Precision Mechanics, Optics and Mechatronics” articolul „Considerations Regarding Improvement of the Bearing Rings Turned on CNC Machines Inspection”, Autori: Daniela Cioboat�, Aurel Ab�laru, D�nu� Stanciu, Logof�tu Cristian, Octavian Dontu, Daniel Besnea.
5
5. Descrierea �tiin�ific� �i tehnic� �i rezultatele etapei
Proiectul “Sistem mecatronic inovativ pentru controlul inelelor de rulmen�i prelucrate pe ma�ini CNC ca factor de optimizare a calit��ii suprafe�elor prelucrate – BeQuCon” (Bearing Quality Control), are ca obiectiv principal dezvoltarea controlului calit��ii inelelor rulmen�ilor cu bile �i cu role, prelucrate pe ma�ini CNC. Prin implementarea proiectului se urm�re�te optimizarea proceselor de fabrica�ie pentru ob�inerea unor rulmen�i cât mai fiabili, care opereaz� la viteze mari, suport� sarcini sporite, genereaz� frec�ri mici (reduc consumul energetic), au pre�uri sc�zute �i au o durat� de via�� cât mai mare.
Func�ionarea rulmen�ilor depinde de solicit�ri (radiale, axiale, momente), viteze de operare, temperaturi de lucru, geometria �i calitatea suprafe�elor elementelor componente cu rol func�ional (inele interioare, inele exterioare, elemente de rostogolire) �i materialul acestor componente. În consecin��, îmbun�t��irea permanent� a performan�elor rulmen�ilor �i cre�terea duratei lor de via�� se bazeaz� pe progresul tehnologic constant în urm�toarele trei domenii : proiectare, materiale �i fabrica�ie.
Perfec�ionarea tehnologiei de fabrica�ie urm�re�te cre�terea preciziei de execu�ie a elementelor componente ale rulmen�ilor concomitent cu reducerea costurilor. Cre�terea uniformit��ii �i repetabilit��ii în procesele de fabrica�ie este foarte important� pentru cre�terea calit��ii rulmen�ilor. Din aceast� cauz�, în cadrul procesului de fabrica�ie, un rol foarte important îl are sistemul de asigurare a calit��ii prin controlul total pe fluxul de fabrica�ie, controlul statistic, monitorizarea continu� �i reglarea în timp real a proceselor.
Proiectul BeQuCon are ca scop final realizarea unui echipament mecatronic, flexibil, cu arhitectur� deschis�, pentru controlul multi-parametric a caracteristicilor dimensionale �i geometrice ale inelelor interioare �i exterioare ale rulmen�ilor radiali cu bile �i cu role. Acest echipament trebuie s� satisfac� urm�toarele cerin�e: calibrare precis� �i rapid�; adaptarea rapid� la cerin�ele procesului de fabrica�ie; detectarea sigur� �i precis� a abaterilor caracteristicilor dimensionale �i geometrice rezultate în procesul de prelucrare; software modular, pentru controlul multi-parametric a unei game variate (forme �i dimensiuni) de inele de rulmen�i; capacitate decizional� pe baza unor criterii prestabilite; program de calcul statistic pentru controlul �i eficientizarea procesului de fabrica�ie.
5.1. Analiza tehnologiei de fabrica�ie
Controlul calit��ii produselor este parte integrant� a procesului de fabrica�ie. Stabilirea tehnologiilor de control trebuie s� înceap� cu analiza am�nun�it� a tehnologiei de fabrica�ie. În consecin��, pentru definirea cerin�elor constructiv - func�ionale ale echipamentului de m�surare a inelelor interioare �i exterioare ale rulmen�ilor radiali prelucrate pe ma�ini unelte cu comand� numeric� a fost realizat un studiu am�nun�it asupra tehnologiei de prelucrare prin a�chiere a acestora, punându-se accent pe precizia de prelucrare, identificarea surselor de erori de fabrica�ie, cerin�ele de precizie dimensional� �i geometric� pentru încadrarea în toleran�ele admise. Au fost analizate de asemenea tehnologiile de control utilizate în prezent pe plan mondial.
Cei mai importan�i factori care determin� calitatea rulmen�ilor sunt precizia dimensional� �i geometric� a c�ilor de rulare ale inelelor rulmentului. Standardele DIN sau ISO, precum �i normele unor organisme na�ionale de standardizare, prescriu valori ale abaterilor dimensionale, de form� �i de pozi�ie, care se refer� la alezajul inelului interior, diametrul exterior al inelului exterior, razele de racordare sau �anfrenul celor dou� inele, l��imea inelelor, precizia de rota�ie (b�taie radial�, b�taie axial�, abateri de la perpendicularitate, înclinare). M�rimea acestor abateri, pentru diferite tipo-dimensiuni de rulmen�i, încadreaz� rulmen�ii în clase de precizie. DIN 620 �i ISO 492/199/582 definesc toleran�ele dimensionale ale rulmen�ilor încadrându-i în 6 clase de precizie.
Principalele elemente care determin� precizia unui rulment sunt prezentate în fig.1.
Inelele de rulment se execut�, în func�ie de m�rime, prin deformare (forjare, presare sau roluire) sau prin îndep�rtare de material (strunjire). Inelele rulmen�ilor de dimensiuni mici �i medii se execut� în general prin strunjire din �eav� sau bar�.
6
Fig. 1. Elemente care determin� precizia rulmen�ilor
Dup� strunjire, acestea se trateaz� termic prin c�lire în ulei la temperatura de 820o urmat� de o r�cire �i o revenire înalt�. Finisarea suprafe�elor active se face prin rectificarea pentru a se ob�ine calitatea �i toleran�ele prescrise. Duritatea inelelor de rulment dup� tratamentul termic este 58…65 HRC.
În prezent , în industria rulmen�ilor se utilizeaz� tot mai mult strunjirea dur�, cu viteze ridicate, pe ma�ini unelte CNC. Aceasta asigura execu�ia suprafe�elor la un nivel de calitate corespunz�tor rectific�rii.
Metoda de prelucrare prin strunjire este considerat� cea mai economic� metod� pentru prelucrarea inelelor de rulmen�i cu dimensiuni medii �i mici [24]. Procesele de strunjire sunt versatile �i pot produce o varietate de forme �i efecte. Datorit� sistemului tehnologic elastic �i adesea imperfect format de ma�ina-unealt� - pies� - scul� – dispozitiv de fixare, cât �i neuniformit��ii procesului de prelucrare �i factorilor externi, apar atât abateri de la dimensiunea nominal� cât �i abateri de la forma macro �i micro geometrica a suprafe�elor �i de la pozi�ia reciproc� a axelor �i suprafe�elor. Apari�ia abaterilor de la forma micro �i macro geometric� a suprafe�elor, în timpul procesului de prelucrare, este un proces complex, influen�at de un num�r de surse de erori din sistemul de fabrica�ie care pot fi clasificate în 5 grupe: 1. surse de erori care depind de pies�; 2. surse de erori datorate procesului de prelucrare; 3. surse de erori datorate ma�inii unelte; 4. surse de erori datorate dispozitivelor de fixare �i aliniere a pieselor; 5. surse de erori datorate mediului.
���� Influen�a caracteristicilor piesei asupra preciziei de prelucrare
Rulmen�ii se fabric� în general în produc�ie de serie, existând în acela�i timp o multitudine de forme �i tipo-dimensiuni. Geometria inelelor prelucrate variaz� din punct de vedere a formei �i dimensiunilor: form�, grosime, unghiuri, raze, etc. Fiecare dintre ace�ti parametrii are un efect asupra caracteristicilor procesului de a�chiere, precum direc�ia a�chiei, m�rimea for�elor de a�chiere, calitatea suprafe�ei prelucrate. În plus, alimentarea cu semifabricat, viteza de rota�ie �i adâncimea de a�chiere au un efect important asupra procesului de a�chiere, influen�ând uzarea sculei, înc�lzirea piesei, m�rimea for�elor de a�chiere �i deformarea la contactul scul� - pies�.
Materialului din care sunt confec�ionate piesele prelucrate influen�eaz� de asemenea calitatea suprafe�elor prelucrate. Rezultatele cercet�rilor experimentale privind prelucrarea o�elurilor carbon au condus la concluzia c� prin m�rirea durit��ii materialului de prelucrat, rugozitatea se mic�oreaz�.
Precizia rulmen�ilor
Toleran�e dimensionale
Precizia de func�ionare (precizia de rotire)
- Toleran�e ale diametrului interior �i exterior, l��imea inelelor �i l��imea rulmen�ilor; - Toleran�ele cercului înscris �i circumscris al elementelor de rostogolire; - Toleran�ele dimensiunilor te�iturilor; - Toleran�ele abaterilor de l��ime; - Toleran�e de înclinare.
- B�taia radial� a inelelor interioare �i exterioare; - B�taia frontal� a inelului interior; - Toleran�ele dimensiunilor te�iturilor; - Toleran�ele abaterilor de l��ime; - Toleran�e de înclinare; - Abaterea de înclinare a generatoarei suprafe�ei exterioare a inelului exterior fa�� de suprafa�a frontal� (conicitatea suprafe�ei exterioare a inelului exterior); - Abateri ale c�ilor de rulare.
7
���� Influen�a regimului de a�chiere asupra preciziei de prelucrare
Principiul care st� la baz� proiect�rii oric�rui proces tehnologic de prelucrare prin a�chiere este acela de a genera suprafe�e în conformitate cu cerin�ele de calitate �i precizie prev�zute de proiectant pe desenul de execu�ie al piesei, în condi�ii de productivitate maxim� �i pre� de cost minim. Pentru cre�terea productivit��ii, tendin�a este s� se m�reasc� parametrii regimului de a�chiere (viteza de a�chiere �i volumul de material îndep�rtat). Rela�ia dintre parametrii procesului de a�chiere [adâncimea de a�chiere (t), avansul de a�chiere (s) �i viteza principal� de a�chiere (v)] �i volumul " V " de material îndep�rtat în unitatea de timp este:
V = t*s*v [mm3/min ]
M�rire a volumului de material îndep�rtat influen�eaz� calitatea suprafe�ei prelucrate, precizia dimensional� �i de form�, durabilitatea sculelor �i for�a de strângere a dispozitivelor de fixare de pe ma�ina unealt�. M�rirea volumului de material îndep�rtat în unitatea de timp se poate face prin:
- cre�terea sec�iunii a�chiei; - cre�terea vitezei de a�chiere.
Cre�terea sec�iunii a�chiei duce la cre�terea propor�ional� a for�ei de a�chiere, ceea ce poate produce deform�ri ale pieselor.
Cre�terea vitezei de a�chiere, pentru m�rirea rentabilit��ii procesului, preocupare constant� a speciali�tilor din domeniul prelucr�rilor prin a�chiere, determin� reducerea nivelului for�elor de a�chiere, îmbun�t��ind calitatea suprafe�elor prelucrate �i fragmentarea a�chiilor.
Cre�terea productivit��ii prin m�rirea vitezei de a�chiere a fost impus� în principal de: apari�ia ma�inilor cu comand� numeric� de mare flexibilitate tehnologic�; necesitatea rentabiliz�rii produc�iei; necesitatea unor timpi de fabrica�ie redu�i; nevoia unei calit��i superioare a suprafe�elor prelucrate.
���� Influen�a ma�inii unelte asupra preciziei de prelucrare
Principalii factori relevan�i pentru precizia de prelucrare pe ma�ini /unelte CNC sunt: erorile de interpolare; erori ale servosistemului de ac�ionare (erori de m�surare a deplas�rilor �i de feedback; viteza de r�spuns; r�spunsul tranzitoriu; efectele de zon� moart�; frecarea în ghidaje; rigiditatea unit��ii de ac�ionare; stabilitatea de zero); erorile ma�inii (transmisia de alimentare situat� în afara buclei de control a pozi�iei; deforma�ii structurale datorate înc�rc�rii variabile �i efectelor termice; erori de aliniere); erori cauzate de scula de t�iere datorit� pozi�iei, deform�rii sale, uzurii.
Precizia de rota�ie a axului ma�inii unelte reprezint� una din cele mai importante cauze ale abaterilor geometrice care apar la prelucrarea pieselor de revolu�ie [2].
Mi�carea centrului mandrinei descrie cercul C, cu raza egal� cu excentricitatea dintre mandrin� �i axa ma�inii (e). Cele dou� pozi�ii extreme ale mandrinei fa�� de axa de rota�ie OO sunt M1 �i M2. Comparatorul va înregistra o b�taie radial� egal� cu „2e”. La prelucrarea unui alezaj pe o astfel de ma�in� unealt�, acesta va fi excentric fa�� de ax� cu valoarea „e” (fig.2.b). Scula se rote�te în jurul punctului O, producând un cerc perfect. Efectul excentricit��ii const� în faptul c� raza real� R1 descris� de muchia t�ietoare a sculei este diferit� fa�� de raza R m�surat� din centrul alezajului B. Diferen�a (R1-R) depinde de pozi�ia unghiular� a sculei fa�� de direc�ia excentricit��ii, valoarea maxim� fiind „e”.
La strunjirea suprafe�ei exterioare (fig.2.c) scula este sta�ionar� iar piesa se rote�te. Distan�a orizontal� „r” dintre axa de rota�ie O �i punctul de strunjire r�mâne constant� �i se ob�ine o pies� perfect circular� de diametru D. Singura eroare care poate s� apar� este excentricitatea suprafe�ei D fa�� de suprafa�a de referin�� Dref creat� anterior. Aceast� situa�ie este îns� rar�. Când dou� suprafe�e trebuie s� fie concentrice, ele se prelucreaz� dintr-o singur� prindere pe ma�ina unealt�.
Erorile de rota�ie a axului, influen�eaz� prima armonic� a seriei Fourier, utilizat� la analiza �i separarea erorilor corpurilor de revolu�ie.
8
Influen�a erorii de rota�ie a axului ma�inii pentru opera�ia de strunjire circular�, longitudinal� este prezentat� în fig.3.
Fig. 3. Influen�a erorii de rota�ie a arborelui asupra circularit��ii pieselor strunjite
Se poate ar�ta c� suprafa�a generat� difer� fa�� de un cerc adev�rat cu o valoare �, dat� de rela�ia :
R2A2
x=δ
care este neglijabil�. De exemplu, dac� Ax = 10 �m �i R=50 mm, rezult�: � = 0.001 �m. Acest lucru demonstreaz� c� eroarea de rota�ie a axului nu produce erori de circularitate la strunjirea longitudinal�.
Caracteristicile sculelor influen�eaz� de asemenea precizia de prelucrare. Având în vedere caracteristicile materialului prelucrat, sculele a�chietoare trebuie s� aib� urm�toarele propriet��i: duritate suficient de mare, conductivitate termic� ridicat�, înalt� rezisten�� la uzur� abraziv� �i înalt� stabilitate fizic�, chimic� �i termic�.
���� Influen�a dispozitivelor de fixare �i aliniere a pieselor
Al�turi de for�ele de a�chiere, �i for�ele de strângere produc deforma�ii ale pieselor prelucrate. În fig. 4. sunt prezentate elementele care influen�eaz� deformarea pieselor în procesul de
strunjire.
Fig.4 Influen�a prelucr�rii asupra poten�ialului de deformarea inelelor de rulment [35] Piesele de revolu�ie simetrice (precum inelele de rulment) sunt adesea fixate în dispozitive cu trei
bacuri. Aceste sisteme de fixare sunt ieftin �i u�or de adaptat la diferite diametre, dar pot provoca piesei prelucrate deform�ri elastice mari datorit� for�elor de strângere. Aceasta duce la îndep�rtarea neomogen� de material ca urmare a adâncimii efective de a�chiere, care este mai mare în zona
Deformarea inelelor prelucrate prin strunjire
Îndep�rtare de material neomogen (deforma�ii elastice ale piesei)
Tensiuni reziduale (deforma�ii plastice ale straturilor superficiale)
Fixarea piesei
• tehnica de fixare • secven�a • for�a de strângere
Procesul de a�chiere • secven�a • for�a de a�chiere
Fixarea piesei • tehnica de fixare • secven�a • for�a de strângere
Procesul de a�chiere • secven�a • for�a de a�chiere
a. Efectul excentricit��ii mandrinei asupra b�t�ii radiale; b. Efectul pozi�ion�rii excentrice a piesei asupra circularit��ii la g�urire c. Efectul pozi�ion�rii excentrice a piesei asupra circularit��ii la strunjire Fig.2. Influen�a preciziei de rotire a arborelui asupra circularit��ii piesei
9
bacurilor. Dup� prelucrare, inelul poate avea o suprafa�� interioar� perfect circular� dar cu abateri ale grosimii peretelui. La eliberarea din dispozitivul de fixare, îndep�rtarea for�elor de strângere provoac� o deformare a suprafe�ei interioare. Func�ie de m�rimea lor, for�ele de strângere a semifabricatului produc deform�ri elastice �i/sau plastice
a. prinderea pe diametrul exterior, pentru prelucrarea b. prinderea piesei pe diametrul diametrului interior interior pentru prelucrarea frontal�
Fig.5. Deformarea inelelor ca urmare a for�elor de strângere �i de a�chiere
Deformarea pieselor fixate în dispozitive mecanice depinde în principal de for�ele de prindere �i de num�rul de bacuri.
Adesea piesele inelare sunt fixate întâi pe diametrul exterior pentru prelucrarea diametrului interior �i apoi pe diametrul interior pentru prelucrarea diametrului exterior. Secven�a de fixare �i prelucrare influen�eaz� modul de deformare a pieselor �i tensiunile reziduale. Un rol important îl joac� pozi�ia relativ� unghiular� a bacurilor de fixare pe diametrul interior �i exterior. În fig.6. [37] sunt prezentate dou� situa�ii, în care cele dou� sisteme de fixare sunt pozi�ionate la 0° �i la 60°.
Fig.6. Decalarea unghiular� a secven�elor de fixare
Rezultatele experimentale [37] arat� c�: • în cazul secven�ei 1, de fixare cu bacuri atât pe diametrul interior cât �i exterior, exist� o dependen�� a grosimii peretelui inelului de pozi�ia relativ� a sistemelor de fixare pe interior �i pe exterior; pentru o decalare unghiular� de 60° �i pentru o for�� de strângere cât mai mic� pe diametrul interior, grosimea peretelui este aproximativ constant�; în acela�i timp, calculele arat� c� abaterile de form� vor fi maximizate în timpul tratamentului termic datorit� cursului tensiunilor elastice peste unghiul circumferen�ial; • dac� inelele sunt fixate pe diametrul exterior cu 3 bacuri �i pe diametrul interior cu 3 bacuri segment, deforma�iile elastice �i tensiunile rezultate sunt acelea�i pentru diferite deplas�ri unghiulare între dispozitivele de prindere, lucru care poate fi explicat prin contactul pe suprafa�� a inelului cu bacurile segment; ca o consecin�� abaterea de circularitate a suprafe�ei interioare este transferat� la suprafa�a exterioar�, lucru care determin� o grosime constant� a peretelui piesei; tensiunile reziduale
Bacuri de centrare �i fixare
Inel cu pere�i sub�iri
For�a de strângere pe direc�ie radial�
For�a de a�chiere perpendicular� pe
Bac 1 Inel liber
Bac 2 Bac 3
Scul
Inelul se strunje�te
Inel fixat
Inel prelucrat
Inel
1. Decalarea unghiular� ∆∆∆∆ϕϕϕϕ a secven�elor de fixare cu 3 bacuri pe diametru exterior �i 3 bacuri pe diametrul interior
2. Decalarea unghiular� ∆∆∆∆ϕϕϕϕ a secven�elor de fixare cu 3 bacuri pe diametru exterior �i 3 bacuri sector pe diametrul interior
10
de la suprafa�a interioar� �i exterioar� sunt deplasate cu 60 ° determinând modific�ri maxime de form� la aplicarea tratamentului termic.
Minimizarea deform�rilor în fabricarea inelelor de rulment este important� din punct de vedere economic deoarece între 20 �i 40 % din costurile de prelucrare ale c�ilor de rulare ale rulmen�ilor sunt necesare pentru eliminarea acestora prin prelucrare dup� tratamentul termic (H. W. Zoch 2005) [38].
În fig. 7 este dat un exemplu de distribu�ie a costurilor pentru fabricarea rulmen�ilor [60]. Se constat� c� cea mai mare pondere în costul de fabrica�ie au materialul �i costuri le de rectificare �i finisare. Pentru reducerea costurilor de rectificare �i finisare tendin�a este ca precizia reperelor ob�inute prin strunjire s� fie cât mai mare. Asta implic� �i reducerea deform�rilor care apar în procesul de fabrica�ie. Pentru a reduce aceste deforma�ii, au fost dezvoltate diferite sisteme de fixare a pieselor, precum mandrinele, pensetele elastice, etc. Tendin�a este de a distribui presiunea de prindere pe aproape toat� suprafa�a piesei de prelucrat pentru a reduce deformarea elastic� �i de asemenea îndep�rtarea neomogen� de material. Achizi�ionarea acestor dispozitive avansate de fixare este îns� costisitoare, �i în general
neaccesibil� pentru IMM-uri. Majoritatea dispozitivelor pot deservi o gam� redus� de diametre astfel încât ar fi necesar� achizi�ionarea unui num�r mare de dispozitive de strângere. Din aceast� cauz�, deforma�iile introduse de dispozitivele de prindere uzuale trebuie s� fie luate în considerare.
Unele studii experimentale efectuate au demonstrat c� se poate realiza minimizarea abaterilor de form� �i abaterilor de grosime a pere�ilor la fabricarea inelelor prin utilizarea de bacuri dure pentru fixarea pe diametrul exterior �i de bacuri sector pentru fixarea pe diametrul interior [39].
For�ele de reac�iune datorate bacurilor sunt în mare m�sur� influen�ate de m�rimea �i direc�ia for�elor de a�chiere radiale �i tangen�iale �i de pozi�ia relativ� dintre bacuri �i for�ele de a�chiere [36].
Fig.8 Pozi�ia bacurilor fa�� de componenta radial� a for�elor a�chietoare – Varia�ia reac�iunii radiale a bacurilor datorit� unei for�e radiale de a�chiere de 215 N [36].
Pozi�ia unghiular� a sculei a�chietoare (grade)
For�a
de
reac�iu
ne ra
dial�
(N)
Fig.9. Pozi�ia bacurilor fa�� de for�ele tangen�iale de t�iere – Varia�ia reac�iunii radiale func�ie de pozi�ia unghiular� a sculei a�chietoare, pentru o for�� tangen�ial� de a�chiere de 115 N
For�
a d
e re
ac�iu
ne
Pozi�ia unghiular� a sculei a�chietoare
Fig. 7. Distribu�ia costurilor de fabrica�ie pentru rulmen�i
cu role conice [60].
11
5.2. Stabilirea schemelor de m�surare �i de amplasare a traductoarelor
Dezvoltarea ma�inilor-unelte cu comand� numeric� (CNC) au revolu�ionat produc�ia pieselor de precizie ridicat�. Odat� cu evolu�ia acestor echipamente �i a proceselor aferente, produc�torii de piese strunjite, cu o diversitate �i un volum mare de produse (precum produc�torii din industria rulmen�ilor), se confrunt� cu cerin�ele sporite de control în ceea ce prive�te atât frecven�a, timpul de m�surare, statisticile de produc�ie, cât �i cre�terea cerin�elor privind precizia. Produc�torii se orienteaz� c�tre progresele din tehnologia controlului dimensional, cum ar fi viteza ciclurilor de m�surare, capacitatea de a verifica piesele cu o acurate�e cât mai mare �i posibilitatea de a m�sura precis formele geometrice cât mai complexe.
Evolu�ia sistemelor informatizate de m�surare a fost influen�at� de progresul în tehnica integr�rii circuitelor, evolu�ia rapid� a structurilor hardware de calculatoare, apari�ia unor noi sisteme de operare �i software dedicat sistemelor de achizi�ie, evolu�ia general� a traductoarelor pentru m�surare �i tendin�a spre senzori inteligen�i, standardizarea sistemelor de comunica�ie.
Pentru dezvoltarea unui sistem performant de control a calit��ii pieselor prelucrate, este necesar s� se analizeze modul de organizare al controlului calit��ii în produc�ia de inele de rulment precum �i cerin�ele de calitate solicitate. Cunoa�terea acestor aspecte serve�te ca baz� pentru dezvoltarea unor metode de inspec�ie cu un raport optim cost-eficien��.
Dac� tehnologiile de prelucrare au cunoscut un salt calitativ prin utilizarea centrelor de prelucrare cu comand� numeric�, controlul total pe fluxul de fabrica�ie ridic� înc� probleme fabrican�ilor de rulmen�i datorit� marii variet��i de forme �i dimensiuni. Validarea caracteristicilor geometrice �i a integrit��ii suprafe�elor (lipsa incluziunilor, fisurilor, porozit��ilor, etc.) reprezint� principalele obiective ale controlului inelelor de rulmen�i în procesul de fabrica�ie. Controlul se face pe multiple planuri, începând cu controlul produselor aprovizionate (controlul materiilor prime, sculelor, etc) �i terminând cu controlul final (post proces) (fig.10)[3].
Pentru uniformizarea cerin�elor de calitate, toleran�ele rulmen�ilor au fost standardizate
interna�ional (ISO 492, 199, 582 �i ISO 1132) precum �i DIN 620. Stabilirea func�iilor de m�surare �i definirea schemelor de m�surare ale echipamentului care face
obiectul acestui proiect au avut la baz�: - schemele de m�surare ale parametrilor standardiza�i (Tabelul 1) - analiza comparativ� a diferitelor sisteme de m�surare utilizate în prezent pe plan intern �i
interna�ional - specifica�iile tehnice de produs.
NIVELURILE CONTROLULUI DE
CALITATE A PROCESULUI DE PRELUCREARE A
INELELOR DE RULMENT PRIN
STRUNJIRE Controlul calit��ii
Post-proces
M�surarea calit��ii produc�iei în proces
Control de calitate pre proces
Controlul calit��ii furnizorilor de mteriale
Identificarea furnizorilor de materii prime cu
respectarea cerin�elor de calitate
Inspec�ia metalografic� a materiilor prime
Parametrii pre operatori
- Propriet��ile o�elului - Dimensiuni semifabricat (ex. diametrul, lungimea)
Parametrii de strunjire
- Parametrii dimensionali - Parametrii geometrici - Calitatea suprafe�elor
Inspec�ie vizual�
Control Dimensional & Geometric
Controlul calit��ii supraf. Fig. 10. Nivelurile controlului calit��ii inelelor de rulment prelucrate prin strunjire
12
Tabelul 1 Caracteristici dimensionale �i geometrice ale inelelor de rulmen�i.
Defini�ii conform ISO 1132 �i metode de m�surare Elementul la care se refer� caracteristica
Simbol, denumire caracteristic�, func�ie de m�surare
Schema de m�surare
Diametrul alezajului inelului interior
d = diametrul nominal (diametrul mic la alezaje conice)
d1= Diametrul nominal mare la alezaje conice ∆ds= ds-d = Abaterea diametrului alezajului interior fa�� de valoarea nominal� a= pozi�ia planului de m�surare
∆dmp=dmp-d = Abaterea diametrului mediu fa�� de diametrul nominal într-un plan radial a= pozi�ia planului de m�surare
Dimp=d1mp-d1 = Abaterea diametrului mediu mare
fa�� de diametrul nominal la alezaje conice
Vdp= dpsmax-dpsmin = Varia�ia diametrului alezajului într-un plan radial (Vdp=abaterea de la circularitate conform DIN 620) a= pozi�ia planului de m�surare Vdmp= dmpmax-dmpmin = Varia�ia diametrului mediu al alezajului în diferite planuri radiale a= pozi�ia planului de m�surare
Diametrul exterior al inelului exterior
D= diametrul nominal ∆Ds= Ds-D = Abaterea diametrului exterior fa�� de valoarea nominal� a= pozi�ia planului de m�surare
∆Dmp=Dmp-D = Abaterea diametrului mediu exterior fa�� de diametrul nominal într-un plan radial a= pozi�ia planului de m�surare VDp= Dpsmax-Dpsmin = Varia�ia diametrului exterior într-un plan radial (VDp=abaterea de la circularitate conform DIN 620; VDp/2=circularitatea conform principiului de m�surare DIN ISO 1132) a= pozi�ia planului de m�surare VDmp= Dmpmax-Dmpmin = Varia�ia diametrului exterior mediu în diferite planuri radiale a= pozi�ia planului de m�surare
L��imi �i în�l�imi ∆Bs= Bs-B = Abaterea l��imii inelului interior fa�� de dimensiunea nominal�
∆Cs= Cs-C
Abaterea l��imii inelului exterior fa�� de dimensiunea nominal� VBS= BSmax-BSmin = Varia�ia l��imii inelului interior
13
VCS= CSmax-CSmin = Varia�ia l��imii inelului exterior
∆Hs= Hs-H = Abaterea în�l�imii totale a rulmentului axial fa�� de dimensiunea nominal�
Precizia de rulare Kia=B�taia radial� a inelului interior al rulmentului asamblat
Kea= B�taia radial� a inelului exterior al rulmentului asamblat
Sd= B�taia axial� a inelului interior al rulmentului fa�� de alezaj
SD= B�taia suprafe�ei exterioare a inelului exterior al rulmentului fa�� de alezaj relativ la suprafa�a frontal� a= pozi�ia planului de m�surare
Sia= B�taia axial� a inelului interior al rulmentului asamblat
Sea= B�taia axial� a inelului exterior al rulmentului asamblat
Si= Varia�ia grosimii �aibei rulmen�ilor axiali montate pe arbore
Se= Varia�ia grosimii �aibei rulmen�ilor axiali montate în carcas�
Datorit� variet��ii dimensionale �i de forme, în prezent, mul�i produc�tori folosesc pentru controlul dimensional pe fluxul de fabrica�ie dispozitive de banc, cu ceasuri comparatoare, care necesit� calibr�ri periodice pentru a asigura calitatea produselor. Pentru m�surarea tuturor parametrilor se utilizeaz� un num�r mare de dispozitive. Metoda nefiind productiv� nu se poate realiza controlul 100% al produc�ie. De asemenea aceste dispozitive nu pot fi utilizate la determinarea cu precizie a abaterilor de form�, pozi�ie �i orientare. În general se utilizeaz� m�surarea în 2 sau în 3 puncte.
Pentru cre�terea preciziei de m�surare au fost dezvoltate sisteme
universale, cu tehnic� de calcul sau sisteme electronice de afi�are pentru m�surarea diametrelor interioare �i exterioare ale pieselor inelare.
Fig.11. M�surarea inelelor de rulment cu dispozitiv de banc
cu dou� puncte de contact
Fig. 12. Dispozitivul MGK 131 - FAG, pentru m�surarea diametrelor
exterioare (3 puncte de contact)
Fig.13. Dispozitiv pentru m�surarea diametrului interior �i exterior prin metoda celor
trei puncte
Fig.14. Dispozitiv de banc pentru m�surarea l��imii
inelelor de rulment
14
Din analiza specifica�iilor tehnice ale acestor sisteme de m�surare se constat� c� sunt net superioare din punct de vedere a preciziei de m�surare fa�� de echipamentele de banc, dar func�iile de m�surare sunt limitate (m�sur�ri dimensionale de diametre interioare �i exterioare). Nu sunt recomandate pentru determinarea abaterilor de form� prin rotirea piesei.
Pentru controlul complex, multi-parametric al inelelor de rulment mul�i produc�tori folosesc ma�ini de m�surat în coordonate (fig.16).
Este o tehnologie de control costisitoare, timpul de control fiind mare. Un alt dezavantaj îl constituie faptul c� pentru evaluarea abaterilor de form� se utilizeaz� un num�r relativ mic de puncte m�surate, �i prin urmare, precizia de determinare a abaterilor de form� depinde de abilitatea operatorului �i de num�rul de puncte m�surate. M�surarea se face selectiv, în laboratoare, nu în sec�iile de produc�ie.
Atunci când gama de produse fabricate este foarte variat�, o solu�ie mai eficient� o reprezint� sistemele modulare de m�surare.
Instala�iile �i dispozitivele de control (inspec�ie) cu elemente tipizate, cu unul sau mai multe posturi de m�surare, au un grad mai mare de universalitate, putând fi utilizate la controlului interopera�ional, final, controlul statistic sau sortarea produselor în clase de precizie.
În fig. 17. este prezentat un sistem modular pentru m�surarea rulmen�ilor �i componentelor sale, produs de firma Pratt&Whitney. Un astfel de sistem de m�surare necesit� un timp destul de mare pentru adaptarea la schimb�rile din procesul de fabrica�ie.
Pentru m�surarea abaterilor de la forma circular� a inelelor de rulment se folosesc ma�ini de m�surat circularitatea, cu mas�
rotativ� sau cu ax rotativ. Pentru m�surarea profilurilor deschise ale c�ilor de rulare se folosesc echipamente tip profilometre.
Din cele prezentate rezult� c� pentru m�surarea tuturor caracteristicilor dimensionale �i geometrice ale inelelor de rulment majoritatea produc�torilor utilizeaz� un num�r mare de echipamente de banc sau universale. Acest lucru nu permite controlul 100% a produc�iei. Proiectul de fa�� urm�re�te realizarea unui echipament complex, pentru controlul multi-parametric al inelelor de rulment, care s� permit� controlul 100% a produc�iei, pentru reglarea procesului de fabrica�ie astfel încât adaosurile de prelucrare la opera�iile de finisare s� fie minim.
În prezent exist� pu�ine astfel de echipamente, adaptate de cele mai multe ori la controlul unui num�r limitat de parametrii, pentru un num�r limitat de tipodimensiuni de piese m�surate. În fig. 18 este prezentat echipamentul MMQ 160B/250B al firmei SKF.
a. Supermicrometer - Pratt & Whitney
b. LABMASTER model 175 - Pratt & Whitney
c. Palpatori bidirec�ionali
Fig.15. Sisteme universale pentru m�surarea diametrelor Pratt & Whitney Measurement Systems
Fig.16. Masuratea inelelor de rulmenti pe masina de masurat in
coordonate DEA GLOBAL
Fig. 17.Sistem modular de m�surare a rulmen�ilor
Pratt&Whitney
15
Echipamentul permite m�surarea cotelor într-un singur plan orizontal, la un ciclu de m�surare. Pentru a m�sura în mai multe sec�iuni, sistemul de m�surare trebuie deplasat în plan vertical.
Acest lucru face ca echipamentul s� nu fie foarte productiv dac� piesa necesit� m�surarea într-un num�r mai mare de sec�iuni.
Pe baza analizei tehnologiei de fabrica�ie a inelelor de rulment �i a mijloacelor �i metodelor de m�surare existente pe plan mondial : � au fost definite func�iile de m�surare ale echipamentului care urmeaz� a fi proiectat: - m�surarea diametrelor: diametrul c�ii de
rulare a inelelor interioare �i exterioare, m�surarea diametrului alezajului interior , m�surarea diametrului exterior, m�surarea diametrului c�ii de rulare a inelelor cu bile
- m�surarea b�ii radiale a diametrelor; determinarea abaterii de circularitate
- m�surarea concentricit��ii diametrelor interioare �i exterioare
- m�surarea concentricit��ii c�ii de rulare cu diametrul interior sau exterior
- m�surarea perpendicularit��ii alezajului sau suprafe�ei exterioare pe fa�a inelului - m�surarea l��imii inelului - m�surarea paralelismului fe�elor inelelor (abaterea grosimii)
Fig. 19. Schema logic� a procesului de m�surare
Traductor pt. m�surarea diametrului exterior
Traductor pentru m�surarea diametrului exterior
Traductoare pentru m�s.diametrului interior
Cilindru de împingere Cilindru de împingere Inel m�surat Compensarea temperaturii Mas� de m�surare
Fig. 18 Echipamentul MMQ 160 B/250B –
SKF
Fig. 20. Schem� amplasare traductoare de m�surare
16
- m�surarea conicit��ii alezajului �i suprafe�ei cilindrice exterioare
� a fost definit� schema logic� a procesului de m�surare (fig.19) � au fost definite schemele de m�surare �i distribu�ia traductoarelor (fig.20). � a fost definit� schema de principiu a sistemului de m�surare (fig.21)
5.3. Promovarea proiectului prin realizare pagina web
Pentru promovarea rezultatelor proiectului a fost realizat� o pagina web., pe siteul INCDMTM, stocat� la adresa http://www.incdmtm.ro/proiecte.php?proiectID=71 .
Prezentarea proiectului este f�cut� în limbile român� �i englez�.
Pagina este structurat� în cinci sec�iuni, astfel:
- Prezentare: con�ine numele proiectului, num�rul proiectului �i al contractului, obiectivele generale �i specifice
- Rezultate a�teptate: con�ine o prezentare succint� a rezultatelor planificate ale proiectului
- Etape proiect: sunt prezentate etapele de realizare ale proiectului; în aceast� sec�iune vor fi ata�ate rapoartele �tiin�ifice �i tehnice ale proiectului �i informa�ii despre stadiul de implementare a proiectului
- Contact: sunt prezentate datele de contact ale directorului de proiect �i ale responsabililor de proiect din partea partenerilor.
- Parteneri: aceast� sec�iune con�ine o prezentare succint� a expertizei celor patru parteneri �i lista echipei speciali�tilor implica�i în proiect.
5.4. Proiectare structuri mecanice model functional (partial) - Definirea solu�iilor constructive
ale urm�toarelor subansambluri: modul de m�surare liniar�, masa de control, masa rotativ�, subansamblul pentru centrarea �i fixarea inelelor
���� Modulul de m�surare liniar�
Pentru reglarea cu u�urin�� a traductoarelor �i m�surarea unei game variate de inele interioare �i exterioare, m�surarea se face cu module de m�surare linear�, cu palpatori cu forme adecvate. Modulul de m�surare liniar� a fost conceput într-o form� original�, cu dimensiuni minime, pentru a permite m�surarea simultan� în 3 sec�iuni orizontale. Prin realizarea unor forme speciale ale palpatoarelor, acestea permit palparea diametrelor interioare �i exterioare în 3 planuri paralele. Pentru retragerea palpatoarelor din contactul cu piesa, la finalul ciclului de m�surare, modulele de m�surare liniar� prezentate în fig. (20) sunt prev�zute cu micro cilindrii pneumatici. Modulele de m�rurare liniar� proiectate pot fi reglate unul fa�� de altul �i fa�� de sistemul de referin�� al echipamentului de m�surare, pe vertical� �i pe direc�ie radial�.
Sistem rotire pies� cu m�surarea
pozi�iei unghiulare
Pies� m�surat
Sistem de palpare cu mi�c�ri de transla�ie
Fig.21. Schema de principiu a sistemului de m�surare
Fig.19. Prima pagin� a site-ului Web al proiectului
17
���� Masa de control
Pentru încadrarea echipamentului în arhitectura sec�iei de produc�ie a fost proiectat� o mas� de m�surare din profile u�oare (fig.21), prev�zut� cu un bra� pivotant �i un suport pentru sistemul de comand�, achizi�ie �i prelucrare date. Aceasta a fost dimensionat� astfel încât s� asigure rigiditatea necesar� unor m�sur�ri de precizie.
���� Masa rotativ�
Pentru asigurarea unei axe de m�surre de precizie a fost proiectat� o mas� de m�surare rotativ� cu lag�re de alunecare de construc�ie special (fig.22). Antrenarea mesei în mi�care de rota�ie se face
prin intermediul unui moto-reductor de cc cu un antrenor conceput astfel încât s� nu introduc� for�e radiale sau axiale în lag�rul mesei.
���� Subansamblu centrare a inelelor fa�� de axa de m�surare Alegerea solu�iei de centrare �i fixare a inelelor a avur în vedere
urm�toarele aspecte: - realizarea unui dispozitiv care s� permit� centrarea �i fixarea rapid� a inelelor de rulment în
postul de m�surare; - realizarea unui dispozitiv flexibil, care s� permit� centrarea �i fixarea inelelor de rulment atât pe
diametrul interior cuprins în intervalul d = 40…180 mm cât �i pe diametrul exterior cuprins în intervalul D= 50…200 mm;
- fixarea s� se fac� manual, cu for�e de strângere controlate pentru a preveni deformarea inelelor de rulment;
- mecanismul de centrare s� asigure o precizie de centrare de 0,1 mm (pentru a putea fi separat�, în procesul de prelucrare a datelor de abaterile de form� ale pieselor). Pentru realizarea acestor cerin�e a fost determinat� solu�ia constructiv� a unui dispozitiv de
centrare cu patru role (tip menghin�) (fig.23).
Fig. 20 Module de m�surare liniar� pentru diametre interioare �i exterioare
Fig.21. Masa de control
Fig.22. Mas� rotativ�
Fig.23. Dispozitiv de centrare �i fixare a inelelor de rulment în postul de m�surare
18
5.5. Selectarea si achizi�ia calculatorului industrial pentru procesarea �i afi�area datelor m�surate
Una din cele mai importante decizii în faza ini�ial� de proiectare a unui echipament cu ciclu automat de func�ionare o constituie selectarea sistemului de control.
Pentru automatizarea echipamentelor de m�sur� �i control se utilizeaz� dou� tehnologii:
- sisteme de automatizare bazate pe automate programabile (PLC) - sisteme de automatizare bazate pe calculatoare
Pentru realizarea sistemului de achizi�ie �i procesare al echipamentului de m�surare a inelelor de rulment am ales varianta cu calculator industrial de panou �i plac� de achizi�ie date, pentru procesarea complex� a datelor (analiz� armonic�, analiz� statistic�, func�ii complexe de m�surare).
Utilizarea unui calculator industrial, în ciuda pre�ului considerabil mai mare decât al unui PC normal, este justificat� de faptul c�:
- toate componentele din structura unui calculator industrial sunt disponibile pe pia�� pe termen lung, au rezisten�� �i durabilitate net superioar� celor din PC-uri; - au pl�ci de baz� cu disponibilitate pe termen lung - con�in componente cu toleran�� mare la �oc �i la vibra�ii, cu domeniu de temperatur� extins, func�ionare non-stop ,sunt protejate contra mediului ostil (umiditate, praf, vibra�ii, câmpuri electromagnetice etc.); - ofer� posibilitatea de stocarea a datelor în condi�ii de siguran�� �i de lung� durat�. - construc�ie compact� ideal� pentru aplica�ii de automatiz�ri industriale, în care spa�iul de instalare este critic.
Marii produc�tori de calculatoare industriale au proceduri clar definite pentru notificarea de schimbare în produs, notificarea pentru finalul ciclului de via��. Aceasta d� siguran�� utilizatorilor c� acesta are o fiabilitate ridicat�, c� poate fi depanat în caz de defectare sau c� poate fi înlocuit cu acela�i echipament sau cu echipamente compatibile în caz de distrugere.
În cadrul acestei etape a fost selectat �i achizi�ionat calculatorul industrial de panou tip SIMATIC Panel PC 577 15”, pentru a permite, în etapa urm�toare proiectarea interfe�elor de comand� �i achizi�ie date.
6. Gradul de realizare a obiectivelor �i modul de diseminare a rezultatelor
Având în vedere modul de desf��urare a activit��ilor �i rezultatele ob�inute, consider�m c� gradul de realizare a obiectivelor este 100%. În cadrul etapei au fost ob�inute urm�toarele rezultate: � Studiu de analiz� privind tehnologia de fabricare a inelelor de rulmen�i �i metode de m�surare în
vederea definirii cerin�elor constructiv func�ionale ale echipamentului de control � Scheme conceptuale de m�surare a parametrilor dimensionali �i geometrici conform func�iilor de m�surare stabilite � Solu�ii constructive pentru subansamblurile: mas� de control, mas� rotativ�, modul m�surare liniar�, sistem centrare �i fixare inele pe masa de m�surare � Raport intermediar de activitate � Pagina web care reflect� stadiul de implementare a proiectului.
Rezultatele ob�inute
Pe parcursul desf��ur�rii etapei nu au ap�rut aspecte care s� împiedice derularea în bune condi�ii a lucr�rilor. Rezultatele ob�inute permit continuarea desf��ur�rii proiectului conform planului de realizare în condi�iile asigur�rii finan��rii de c�tre Autoritatea contractant� �i contribu�iei din surse proprii a partenerului P3, conform contractului de finan�are.
Indicatorii de succes ai acestei etape sunt: definirea complet� a cerin�elor constructiv func�ionale ale echipamentului care urmeaz� a fi realizat; participarea activ� a tuturor partenerilor implica�i în realizarea obiectivelor acestei etape conform sarcinilor repartizate prin Planul de realizare; încadrarea în timpul programat; încadrarea în limitele bugetului disponibil.
19
Modalit��i de diseminare a rezultatelor: - Pentru promovarea proiectului �i rezultatelor ob�inute a fost realizat� pagina web a proiectului prezentat� la punctul 5.3. - A fost înaintat spre publicare în nr. 46 (în curs de apari�ie) al revistei „Romanian Review Precision Mechanics, Optics and Mechatronics” (Clasificat� CNCSIS categoria B+, indexat� în in Baza de Date Internationale (BDI) EBSCO&SCOPUS) articolul „Considerations Regarding Improvement of the Bearing Rings Turned on CNC Machines Inspection”, Autori: Daniela Cioboat�, Aurel Ab�laru, D�nu� Stanciu, Logof�tu Cristian, Octavian Dontu, Daniel Besnea.
Originalitatea �i complexitatea rezultatelor ob�inute rezid� din solu�iile constructive propuse (arhitectura echipamentului, schema de m�surare, solu�ii constructive) .
Indicatorii de succes ai acestei etape sunt: definirea complet� a cerin�elor constructiv func�ionale ale echipamentului care urmeaz� a fi realizat; participarea activ� a tuturor partenerilor implica�i în realizarea obiectivelor acestei etape conform sarcinilor repartizate prin Planul de realizare; încadrarea în timpul programat; încadrarea în limitele bugetului disponibil; plata de c�tre Autoritatea Contractant� a avansului (90% din valoarea etapei).
7. Bibliografie selectat� [2] Downson D., Hamrock B. J., History of Ball Bearings, NASA-TM-81689 19810009866, February 1981,
http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19810009866.pdf [3] Limbasan I.G., Studii si cercet�ri de analiza valorii asupra unor grupe de produse din industria de rulmen�i,
Rezumat teza doctorat, Brasov 2011, http://www2.unitbv.ro/LinkClick.aspx?fileticket=Zv_MLjizsk4%3D&tabid=4579
[5] Jie Liu, An Intelligent System for Bearing Condition Monitoring, Thesis dissertation presented to the University of Waterloo for the degree of Doctor of Philosophy in Mechanical Engineering, 2008, https://uwspace.uwaterloo.ca/bitstream/handle/10012/4033/PhD_thesis_JieLiu.pdf?sequence=1
[6] Xiaomin Cheng, Experimental and Numerical Approaches for Improving Rolling Contact Fatigue of Bearing Steel Through Enhanced Compressive Residual Stress, Dissertation Presented in Partial Fulfillment of the Requirement for the Degree of Doctor of Philosophy in the Graduate School of The Ohio State University, 2007
[8] Koyo Training Manual, 2008, http://www.koyousa.com/brochures/pdfs/koyotrainingmanual(web)nov2011.pdf [16] NSK Technical report E728,
http://www.nskeurope.com/cps/rde/dtr/eu_en/literature_bearing/EN-Technical_Report_E728.pdf [19] Christopher L. Golden, Analysis of Form Errors in Rings of Non-Uniform Cross Section due to Workholding
and Machining Loads, Paper for the Degree Master of Science in Mechanical Engineering, George W. Woodruf School of Mechanical Engineering Georgia Institute of Technology, May 2008
[22] Tolerante ale rulmentilor de rostogolire. Definitii/Principii de masurare, Schaffler Group Industrial, http://www.schaeffler.com/remotemedien/media/_shared_media/08_media_library/01_publications/schaefflr_2/tpi/downloads_8/tpi_138_ro_ro.pdf
[23] CRISTEA L., The Improvement of Performances in Automatic Dimensional Inspection for Bearing Production, an Important Way to Quality Assurance in Mechanical Engineering, Proceedings of the 8th WSEAS International Conference on Instrumentation, Measurement, Circuits and Systems, 2009, ISSN: 1790-5117, ISBN: 978-960-474-076-5
[24] Technology Study Report on Bearing Industry, MSME - Development Institute, Government of India, Ministry of Micro Small and Medium Enterprises; http://msmedijaipur.gov.in/bearing_technology_report.pdf
[26] Lutz Nowag, Jens Sölter, Ekkard Brinksmeier, Influence of turning parameters on distortion of bearing rings, Springer, Prod. Eng. Res. Devel. (2007) 1:135–139, http://download.springer.com/static/pdf/3/art%253A10.1007%252Fs11740-007-0009-9.pdf?auth66=1413406713_1fa496fb23b1f842daed1ad2b08ba3ec&ext=.pdf
[29] Grejdanescu R., Str�jescu E., Avramescu V., Considerations Regarding the Complex Surfaces Processing by Using CNC Machine Tools, International Conference on Economic Engineering and Manufacturing Systems Brasov, 26 – 27 November 2009, http://www.recentonline.ro/027/GREJDANESCU_Roxana.pdf
[32] Cioboat� D., Perfec�ionarea metodelor de control al abaterilor de form� pentru corpurile de revolu�ie cu profil circular închis sau deschis, Tez� doctorat, Universitatea Politehnica din Bucure�ti, 2013
[33] Baritz M., Braun B., Cotoros D., Surfaces Characteristics Analyses Of Bearings Component Parts by Data and Images Processing, International Journal of Modern Manufacturing Technologies, ISSN 2067–3604, Vol. II, No. 2 / 2010, pg.15-22
20
[35] Tim Kohlhoff, Jens Sölter, Ekkard Brinksmeier, Influence of the turning process on the distortion of disks for gear manufacture, Prod. Eng. Res. Devel. (2011) 5:613–620, DOI 10.1007/s11740-011-0336-8
http://paperity.org/p/8700688/influence-of-the-turning-process-on-the-distortion-of-disks-for-gear-manufacture
[36] Martin S. Kurnadi, Workholding Optimization for Turning of Ring Shaped Parts, A Thesis Presented to the Academic Faculty, In Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree Master of Science in Mechanical Engineering, Georgia Institute of Technology Atlanta, Georgia, 2005
[37] Jens Sölter, Ekkard Brinksmeier, Modelling and simulation of ring deformation due to clamping, IDE 2008, Bremen, Germany, September 17th – 19th, 2008, pg.143- 152, http://www.distortion-engineering.de/pdf/IDE%202008%20Proceedings.pdf
[38] Hans-Werner Zoch, Distortion engineering: vision or ready to application?, Foundation Institute of Materials Science, Bremen, Germany, IDE 2008, September 17th – 19th, 2008, pg. 3- 12,
[39] Christian Grote, Ekkard Brinksmeier, Martin Garbrecht, Distortion engineering in turning processes with standard clamping systems, Institute of Materials Science, Bremen, Germany, IDE 2008, Bremen, Germany, September 17th – 19th, 2008, pg. 163- 170, http://www.distortion-engineering.de/pdf/IDE%202008%20Proceedings.pdf
[43] Whitehouse D.J.- Surfaces and their Measurement, Editura: Hermes Penton, London 2002, ISBN: 9781903996010, pg. 235-288
[44] Rajesh P. - Engineering Metrology, Measurements of Roundness, MEGR 6181 [51] SR ISO 4292:1997 - Metode de evaluare a abaterilor de la circularitate. M�surarea prin metodele în dou� �i
trei puncte [53] ISO 12180-2:2011 - Geometrical Product Specifications (GPS)— Cylindricity — Part2: Specification
operators [54] SR EN ISO 12181-1:2011 - Specifica�ii geometrice pentru produse (GPS). Circularitate.
Partea 1: Vocabular �i parametri ai circularit��ii [55] SR EN ISO 12181-2:2011 - Geometrical Product Specifications (GPS)— Roundness— Part2: Specification
operators [60] Mladomir Milutinovi�, Miroslav Plan�ak, Dragiša Viloti�, Ring Rolling as a Near Net Shape Forming
Technology in Bearing Production, 10th
International Research/Expert Conference ”Trends in the Development of Machinery and Associated Technology” TMT 2006, Barcelona-Lloret de Mar, Spain
[64] Szuder A.- Sisteme de m�surare asistate de calculator, www.labsmn.pub.ro [67] Muralikrishnan B., Raja, J.- Computational Surface and Roundness Metrology, ISBN 978-1-84800-296-8,
Springer, 2009 [70] Graham T. S.- Industrial metrology: Surfaces and roundness, Springer-Verlag London Limited 2002,
ISBN:1-85233-507-6, www.springer.de [71] MMQ 160B/250B, Datasheet for ring measuring machine, http://www.skf.com/binary/21-64694/mmq-
160_250B-K-2008.pdf [72] Bearing parts measuring instruments, Catalogul firmei ZYS China,
http://www.zysbearing.com/web/zysbearing/bridge/upfiles/mechanical%20parts.pdf [73] Gapinski B., Grzelka M., Rucki M.- Some Aspects of the Roundness Measurement with CMM, XVIII IMEKO
World Congress Metrology for a Sustainable Development, September, 17 – 22, 2006, Rio de Janeiro, Brazil, http://www.imeko.org/publications/wc-2006/PWC-2006-TC14-026u.pdf
[75] Abalaru A., Cioboat� D., Stanciu D., Logof�tu C., Traistaru F., Aparat pentru m�surarea profilelor circulare deschise, Cerere brevet nr. A/00768/2011, BOPI nr.3-2013 OSIM, http://www.osim.ro/publicatii/brevete/bopi_2013/bopi_inv_03_2013.pdf
[76] Cioboata D., Gheorghe I. Gh., Abalaru A., Logofatu C., Traistaru F., Stanciu D., Ingineria Metrologiei Micro si Macro Geometriei Suprafetelor , 2009, ISBN: 978-606-92267-0-4, Ed. CEFIN
[77] Cioboat� D., Palade D.D., Stanciu D., Ab�laru A., Considerations Regarding Roundness Measurement of Closed Profiles and Open Profiles, U.P.B. Sci. Bull., Series D, Vol. 75, Iss. 2, 2013, ISSN 1454-2358,
http://www.scientificbulletin.upb.ro/SeriaD_Inginerie_Mecanica.php?page=revistaonline&a=1&cat=D [78] ISO 492:2002(E) Rolling bearings — Radial bearings — Tolerances [80] Scott P. J., Roundness measuring, brevet US 5926781 A, 1999, Taylor Hobson [81] Yoshiyuki Omori, Ryosuke Watanabe, Atsushi Tsuruta, Syuuzou Ueno, Hideki Shindo, Method and
apparatus for measuring roundness, brevet US 6526364 B2, Mitutoyo Corporation [83] Maciej Sieniło1, Sabina �ebrowska-Łucyk, Method of compensation of errors in measurement of
roundness and cylindricity deviations caused by eccentric position of measured element in relation to the axis of rotation of FMM table, 13th IMEKO TC10 Workshop on Technical Diagnostics, Advanced measurement tools in technical diagnostics for systems' reliability and safety, June 2014, Warsaw, Poland http://www.imeko.org/publications/tc10-2014/IMEKO-TC10-2014-020.pdf
