TechnologiaiAutomatyzacjaMontażu2/2011

51

MODULARYZACJA KONSTRUKCJI W TECHNOLOGII GŁĘBOKIEGO WIERCENIA

OTWORÓW WIERTŁAMI LUFOWYMI Kazimierz RYCHLIK, Maciej JASTRZĘBSKI, Mirosław BRAMOWICZ

Jednostkiobróbkowestosowanedogłębokiegowier-ceniaotworówwiertłamilufowymiposiadającharaktery-styczną budowę.Mimo że konfiguracja jednostkimożesię zmieniać zależnie od zadania technologicznego, togłówne zespoły występujące w jednostce mają zbliżo-ną budowę, pełniąc podobne zadania. W tradycyjnejkonstrukcji jednostki do głębokiego wiercenia otworów (rys.1)możnawyróżnić: – zespółwrzecionowy(wrzeciennik), – zespółposuwowy, – wiertnik(studzienka), – zestawnarzędziowy(wiertło,oprawkanarzędziowa), – podtrzymka, – zestawuszczelniająco-prowadzący.

Rys.1.Jednostkaobróbkowadogłębokiegowierceniaotworówwiertłami lufowymi:1–zespółwrzecionowy(wrzeciennik),2–zespółposuwowy,3–wiertnik(studzienka),4–zestawnarzę-dziowy(wiertło,oprawkanarzędziowa),5–podtrzymka,6–ze-stawuszczelniająco-prowadzący[4]

Zespół wrzecionowy (rys. 1 poz. 1) w jednostce dogłębokiego wiercenia otworów służy do nadania ruchuobrotowego narzędzia. Konstrukcja zespołu wrzecio-nowego przewiduje zwykle możliwość doprowadzeniaczynnikachłodząco-smarującegoprzezośwrzecionazapomocą specjalnego złącza obrotowego.W niektórychprzypadkach dla doprowadzenia czynnika chłodząco--smarującego wykorzystuje się także przystawki mon-towane na czole wrzeciona, co znajduje zastosowanie wrozwiązaniachwrzecionzautomatycznąwymianąna-rzędzi.Rozwiązanietoniestetyobniżasztywnośćukładuwrzeciennik-narzędzie. Przykładem wrzeciennika speł-niającegowymagania dlawiercenia głębokich otworówsąwrzeciennikiwiertarskieJUTSK40iJUTSK50opra-cowaneiwykonywaneprzezZakładObrabiarek iTech-nologiiMontażuIMBiGS.

Zespół posuwowy (rys. 1 poz. 2) służy do nadanianarzędziu ruchu posuwistego. Zależnie od zastosowa-

nejkinematykiobrabiarkiwniektórychprzypadkachze-spółposuwowymoże takżesłużyćdoprzemieszczaniaobrabianego przedmiotu. Głównym zadaniem zespołuposuwowego jest przemieszczanie wrzeciennika wrazz narzędziem z określonymi parametrami ruchu.Pracazespołu posuwowego (rys. 2) odbywa się ze zmienny-miparametramiwodpowiednichfazachpracyjednostkizmiennychwpunktachgranicznych: – fazaI–drogatechnologicznaustawieniaiwymiany

narzędzia, – fazaII–wolnewejścienarzędziawprzedmiot (po-

czątekobróbki), – faza III – praca właściwa narzędzia (dla otworów

przelotowychwpkt4następujezmianaparametrówpracy i powolne wyjście narzędzia z obrabianegoprzedmiotu),

– faza IV – szybkie wycofanie narzędzia na pozycjęwyjściową.

Punktygraniczne:1–pozycjajednostkidowymianynarzędzia,2–pozycjagotowościjednostkidopracy,3i4–pozycjazmianyparametrówpracy,5–pozycjakrańcowa.

Rys.2.Fazyipunktygranicznecykluobróbkowegodlatechno-logiigłębokiegowierceniaotworówwiertłamilufowymi[3]

Wzwiązkuztymzespółposuwowymusicharaktery-zować sięmożliwością zmiany parametrów pracy orazstabilnościązadanejwartościposuwu.

Wiertnik (rys. 1 poz. 3) jest zespołem jednostki dogłębokiegowierceniaotworówwykonywanymwpostacispecjalnej skrzynki i spełniającymnastępujące zadania[8]: – prowadzenieostrzawiertławpoczątkowejfazieob-

róbki, – skuteczneodprowadzenieczynnikachłodząco-sma-

rującegoorazwiórównazewnątrzobrabiarki.Wkorpusiewiertnikanastępujerozładowaniewysokie-

2/2011TechnologiaiAutomatyzacjaMontażu

52

gociśnieniaczynnikachłodząco-smarującegoorazsku-mulowanie wiórów odprowadzanych ze strefy obróbki,któredalejspłukiwanesądorynnyodpływowej.Zwykledo spłukiwaniawiórówwykorzystywany jest dodatkowystrumień czynnika chłodząco-smarującegoumożliwiają-cyciągłąpracęniezależnieod fazypracy jednostki lubzestawujednostek.

Wiertnik zawszeumieszczany jestpomiędzyuchwy-temmocującymobrabianyprzedmiotawrzeciennikiem.W korpusie wrzeciennika mocowane są zawsze dwaspecjalne zestawy spełniające określone zadania tech-nologiczne: – specjalnyzestawztulejkąprowadząco-uszczelniają-

cąwiertłolufoweodstronyprzedmiotuobrabianego, – zestawzpierścieniemprowadząco-uszczelniającym

wiertłoodstronywrzecionajednostkiwiertarskiej.Zestaw z tulejką prowadząco-uszczelniającą wiertło

lufoweodstronyprzedmiotuobrabianegojestzestawemzłożonymkonstrukcyjnie,gdyżwjegoskładwchodzipre-cyzyjnatulejkaprowadzącawiertło.Zależnieodzastoso-wanejkinematykiobrabiarkiobsadatulejkimożebyćsta-łalubruchoma.Ruchomaobsadatulejki(rys.3)posiadabardziejzłożonąkonstrukcję.

Rys. 3.Ruchomaobsada tulejkiwiertarskiej: 1 – tulejkawier-tarska, 2 – pokrywa zamykająca, 3 – tuleja centrująco-do-ciskająca, 4 – sprężyna dociskowa, 5 – tuleja łożyskowa, 6–pierścieńdystansowy,7–łożysko,8–nakrętka,9–korpusobsady

Dodatkowymwyposażeniemjednostkidogłębokiegowierceniaotworówjestpodtrzymkawiertła(rys.1poz.5).Zespółtenstosowanyjesttylkowtedy,kiedywiertłowy-magadodatkowegopodparciadlauzyskaniaokreślonejsztywnościwiertła.Wniektórychprzypadkachspecjalnakonstrukcjaoprawkinarzędziowejumożliwiazastąpieniefunkcjipodtrzymki.Przypadektenjednakjestograniczo-nygabarytamiwiertnika.

Tradycyjnakonstrukcjapodtrzymkiumożliwiajejprze-mieszczaniesięwrazzruchemwrzeciennika.Specjalnymechanizmumożliwianastawienieskokupodtrzymkiijejautomatycznypowrótpowywierceniuotworu.Ruchpod-trzymkizwyklerealizowanyjestnatychsamychprowad-nicach,poktórychporuszasięwrzeciennik.Zależnieodkonstrukcjiorazdługościiśrednicyzastosowanegowier-tłamożebyćzastosowanychnawetkilkapodtrzymek[1].

Modularyzacja konstrukcji w technologii głębokiego wiercenia otworów

WZakładzieObrabiarekiTechnologiiMontażuInsty-tutuMechanizacjiBudownictwaiGórnictwaSkalnegoodwielulatrealizowanajestgrupaprojektówbadawczo-roz-wojowych ukierunkowanych na zastosowania praktycz-ne w przemyśle.W ramach współpracy z przemysłem i w odpowiedzi nawyraźne zapotrzebowanie na grupęobrabiarekzadaniowychprzeznaczonychdogłębokiegowierceniaotworówzostałyopracowaneiwdrożonespe-cjalne konstrukcje obrabiarek zadaniowych. Obrabiarkidogłębokiegowierceniaotworówmogąbyćbudowanew różnych konfiguracjach zależnie od przedstawionychzałożeń konstrukcyjnych i wymagań technologicznych.Podstawowakonfiguracjaobrabiarkizakładazastosowa-niegłównychzespołówcharakterystycznychdlatechno-logiigłębokiegowiercenia,doktórychnależą: – jednostkaobróbkowa, – układchłodzeniaiodwiórowania.Obrabiarki do głębokiego wiercenia otworów zwykle

mająbardzozłożonąbudowę,aichwykonaniejestkosz-towne.Ichuniwersalnośćpowoduje,żesąwyposażonewjednąjednostkęobróbkową.Umożliwiatołatwezapro-gramowanie cyklu pracy obrabiarki, jednak wydajnośćobróbki jestwyłącznie zależnaod liczbywrzecionorazzastosowanych parametrów technologicznych. Para-metry technologicznedlawierteł lufowychokreślanesą wzależności od średnicwierconychotworóworazma-teriału przedmiotu obrabianego. Prędkości skrawaniadlaprzedmiotówwykonanychzestaliwynosząVc =40÷ 120m/min,zaśposuwnaobrótfn=0,003÷0,1mm[1].

W technologii głębokiegowierceniaotworówwiertła-mi lufowymidlaosiągnięciadużychwydajnościproduk-cji stosuje się zwykle modułową budowę obrabiarek.Rozwiązanie to umożliwia konfigurowanie obrabiarkiz równoległych modułów obróbkowych. Każdy modułmożewykonywaćjednakowyzabiegwiercenia,np.wier-cić otwory osiowo na jednakową głębokośćw prętach. Zzastosowaniemodpowiedniegooprzyrządowania(spe-cjalne uchwytymocujące)można natomiast realizowaćróżnezabiegiwierceniadlajednegoprzedmiotu,stosującprzekładanieprzedmiotu(ręcznelubautomatyczne)mię-dzyuchwytami.Modułowabudowaobrabiarekdogłębo-kiegowiercenia stosowana jest głównie dla obrabiarekzadaniowych,wykonującychzałożonezabiegitechnolo-gicznewokreślonychprzedmiotach.Dodatkowouchwytymuszą być przystosowane do szerokiego asortymentuprzedmiotówpodobnych, dla których czasyprzezbroje-niauchwytumusząbyćjaknajkrótsze.Wymaganiatakiepowodują konieczność stosowania specjalnych uchwy-tówmocującychozłożonejbudowie.

Moduł kompaktowy

Jednostki obróbkowe, jak wcześniej wspomniano,mogąbyćkonfigurowanewobrabiarcezależnieodza-daniatechnologicznego.Niewewszystkichjednakprzy-

TechnologiaiAutomatyzacjaMontażu2/2011

53

padkach można zastosować uniwersalną konstrukcjęjednostki.Wobrabiarkachzadaniowychstosujesięróżnerozwiązaniakonstrukcyjnejednostekumożliwiającespeł-nieniewysokichwymagaństawianychprzezprzemysł.

Propozycją rozwiązania konstrukcyjnego jednostkidogłębokiegowierceniamożebyćmodułkompaktowy. W rozwiązaniu tym charakterystyczne jest to, iżmodułstanowizwartąkonstrukcję,dziękiczemumożebyćusta-wiany na obrabiarce bez potrzeby ustawiania jego po-szczególnychzespołów,doktórychnależąwrzeciennik,zespółposuwowyiwiertnik.Jesttokorzystnerozwiąza-nie,kiedydowykorzystaniasą istniejącekorpusyobra-biarekzarównonowych,jakistarych.Modułkompaktowy(rys. 4) zwykle wykorzystywany jest do obróbki przed-miotówoprostychkształtachtypuwałek,płyta.Obróbka

najczęściej odbywa się przy zastosowanej kinematyce znieruchomymprzedmiotem.

Przykłademzastosowańmodułu kompaktowego jestobrabiarka LWL-27NC do wiercenia otworów osiowych Ø 8 ÷ 12 mm na głębokość 600 mm w prętach mie-dzianych i stalowych (rys. 5a) oraz obrabiarka LWL-30NC (rys. 5b) do wiercenia otworów osiowych Ø6,5÷8,5mmnagłębokość800mmwprętachkwaso-odpornych,żaroodpornychialuminiowych.

Moduł zadaniowy

Kolejnąpropozycjąjednostkistosowanejwtechnologiigłębokiegowierceniaotworówjestmodułzadaniowy,coprzedstawiarys.6.

Rys.4.Modułkompaktowyjednostkiobróbkowejdogłębokiegowierceniaotworówwiertłamilufowymi:1–zespółwrzecionowy(wrze-ciennik),2–zespółposuwowy,3–wiertnik(studzienka),4–zestawnarzędziowy(wiertło,oprawkanarzędziowa),5–podtrzymka,6–zestawuszczelniająco-prowadzący,7–złączeobrotowe[7]

Rys.5.Zastosowaniemodułówkompaktowych:a)obrabiarkaLWL-27NC[6],b)obrabiarkaLWL-30NC

Rys.6.Modułzadaniowyjednostkiobróbkowejdogłębokiegowierceniaotworówwiertłamilufowymi:1–zespółwrzecionowy(wrze-ciennik),2–zespółposuwowy,3–wiertnik(studzienka),4–zestawnarzędziowy(wiertło,oprawkanarzędziowa),5–zestawuszczel-niająco-prowadzący,6–złączeobrotowe[10]

a) b)

2/2011TechnologiaiAutomatyzacjaMontażu

54

Główną cechą charakteryzującą konstrukcję tegomodułu jest rozdzieleniewiertnikazzespołemposuwo-wym.Obazespołyniesązintegrowane,dlategomusząbyć ustawiane i montowane na specjalnym korpusieodpowiednio do tego przystosowanym. Moduł ten po-nadto charakteryzuje się brakiem podtrzymki występu-jącejwmodulekompaktowym.Funkcjępodtrzymywania i usztywniania wiertła pełni specjalna oprawka narzę-dziowa zwydłużoną częściąwalcową. Częśćwalcowaoprawkinarzędziowejprowadzonajestwtuleibrązowejspełniającej jednocześnie rolęuszczelniaczaprzedwy-dostawaniemsięczynnikachłodząco-smarującegoiwió-rówpozaobszarwiertnika.Zastosowanietegotypuroz-wiązaniaumożliwiaskróceniedługościwiertłaook.50%,jednakjesttouzależnionetakżeodwymiarówwiertnika.Modułzadaniowymożnatakżestosowaćbezspecjalnejoprawkinarzędziowej,jednaktylkodlawiertełodługościniewymagającejstosowaniapodtrzymki.

Przykładem zastosowań modułu zadaniowego jestobrabiarka LSB-100NC (rys. 7a) dowiercenia otworówosiowychØ12mmnagłębokość170mmwśrubachsta-lowychorazobrabiarkaLWL-28NC(rys.7b)dowierce-niaotworówolejowychØ4,1mmnagłębokość140mm wwałachkorbowychsprężareksamochodowych.

a)

b)

Rys. 7. Zastosowanie modułów zadaniowych: a) obrabiarkaLSB-100NC[5],b)obrabiarkaLWL-28NC[3]

Moduł zadaniowo-zintegrowany

Następną propozycją jednostki stosowanej w tech-nologii głębokiegowiercenia otworów jestmoduł zada-niowo-zintegrowany,coprzedstawiarys.8.Modułzada-niowo-zintegrowanyposiadakonstrukcjęwykorzystującązespołyzmodułukompaktowegoorazzadaniowego.

Rys. 8. Moduł zadaniowo-zintegrowany jednostki obróbkowejdogłębokiegowierceniaotworówwiertłamilufowymi:1–zespółwrzecionowy(wrzeciennik),2–zespółposuwowy,3–wiertnik(studzienka),4–zestawnarzędziowy(wiertło,oprawkanarzę-dziowa),5–podtrzymka[11]

Wrozwiązaniu tymwiertnik,podtrzymkaorazzespółposuwowysązintegrowanewpojedynczezespoły, zaśwrzecienniki są niezależnymi zespołami konstrukcyjny-mi. Zespół posuwowy jest zabudowany konstrukcyjniebezpośrednio na korpusie obrabiarki.Umożliwia towy-konywanieobrabiarekdogłębokiegowierceniadlawięk-szychgłębokościwierconychotworów.

Przykładem zastosowań modułu zadaniowo-zinte-growanego jest obrabiarka LWL-32NC i 33NC (rys. 9)dowierceniaotworówosiowychØ12mmnagłębokość 400mmwelementachstalowychukładukierowniczegosamochodu.

Rys. 9. Zastosowanie modułów zadaniowo-zintegrowanych wobrabiarceLWL-32NCiLWL-33NC

Konstrukcja modułu zadaniowo-zintegrowanego zpunktuwidzeniawykonaniaorazużytkowaniamawadyizalety.Dowadmodułunależą: – koniecznośćstosowaniamechanicznejkompensacji

długościnarzędziapoostrzeniulubwymianie, – w przypadku awarii napędu zespołu posuwowego

całaobrabiarkajestzatrzymana, – w przypadku awaryjnego zatrzymania obrabiarki

wszystkie obrabiane przedmioty nie są zdatne dodalszejobróbki,

– jednakowe parametry posuwu dla wszystkich osiwrzecionowych,

TechnologiaiAutomatyzacjaMontażu2/2011

55

– małauniwersalnośćkonstrukcji.Dozaletmodułunależą:

– wprzypadkuawariinapęduzespołuwrzecionowegopozostałewrzeciennikimogąkontynuowaćpracę,

– uproszczony układ napędu i sterowania elektrycz-nego,gdyżwystępujetylkojednaośnumeryczna,

– mniejelementówskładowychwkonstrukcjiwiertni-ka,podtrzymkiizespołuposuwowego,

– możliwośćzmianyprędkościobrotowejnaposzcze-gólnych wrzecionach.

Podsumowanie

Przedstawione propozycje jednostek obróbkowychdo głębokiego wiercenia otworów stanowią zweryfiko-waneprzezwdrożeniarozwiązaniakonstrukcyjne,którezostały zastosowane w obrabiarkach zadaniowych. Zewzględunazmieniającesięwymagania technologiczneprzedstawionekonstrukcjemogąstanowićbazędlako-lejnych,specjalnychrozwiązań.Wykorzystywanezespo-ły do budowy jednostek obróbkowychmogą być takżekonfigurowane, czego przykładem jest moduł zadanio-wo-zintegrowany.

Zewzględunazłożonąbudowęobrabiarekdogłębo-kiegowierceniaotworówpodczasbudowytychmaszynnależytakżeszczegółoworozpatrywaćukładchłodzeniaiodwiórowania.Układtenbowiemstanowibardzoistotnyzespół,aodpowiedniozaprojektowanyumożliwiuzyska-niezakładanychparametrówobrabiarki.

LITERATURA

1. Górski E.:Narzędziadowierceniairoztaczaniagłę-bokichotworów.Warszawa,PWT1961.

2. Streubel A.: Obróbka długich otworów. Wrocław,WPW1993.

3. Rychlik K.: Technologia wiercenia otworów olejo-wychwwałachkorbowychnaobrabiarceLWL-28NC.Warszawa, Technologia i Automatyzacja Montażu nr2/2008.

4. Rychlik K.:Współrzędnościowa obrabiarka do głę-bokiegowierceniaotworówwiertłamilufowymi.War-szawa,BiuletynNaukowo-TechnicznyOBKKOPRO-TECHnr22/2006.

5. Skorupka Z.:BudowaiwdrożeniedwuwrzecionowejobrabiarkitypuLSB-100NCdogłębokiegowierceniawiertłami lufowymi. Warszawa, Biuletyn Naukowo--TechnicznyOBKKOPROTECHnr20/2004.

6. Stefanek M., Rychlik K.:ObrabiarkazadaniowatypuLWL-27dogłębokiegowierceniaotworówwelektro-dach miedzianych. Warszawa, Biuletyn Naukowo--TechnicznyOBKKOPROTECHnr22/2006.

7. PrawoochronneW118423–Jednostkamodułowadogłębokiegowiercenia.Warszawa2009.

8. PrawoochronneW119600–Przystawkawiertarskamodułowa do głębokiego wiercenia otworów.War-szawa 2010.

9. PrawoochronneWp17581–Przyrządobróbkowy z chwytem mocującym przedmiot obrabiany. War-szawa 2010.

10. PrawoochronneW119473–Jednostkawiertarska.Warszawa2010.

11. PrawoochronneWp15217–Jednostkamodułowadogłębokichwierceń.Warszawa2010.

___________________Mgrinż.KazimierzRychlikorazmgrinż.MaciejJastrzęb-ski są pracownikami Zakładu Obrabiarek i TechnologiiMontażu InstytutuMechanizacji Budownictwa i Górnic-twaSkalnegowWarszawie.Drinż.MirosławBramowiczjest pracownikiem UniwersytetuWarmińsko-Mazurskie-go w Olsztynie.

ciąg dalszy ze str. 50

• Naprawa uszkodzonej płyty za pomocą nakład-ki kompozytowej (w której wykorzystano tkaninęszklaną) powoduje, że charakter odkształceń płyty wstrefienakładkikompozytowejjestsprężysty,ażdomomentuzniszczeniapołączeniaklejowegopomię-dzynakładkąkompozytowąipozostałymielementa-miwęzła(cojestrównoznacznetakżezcałkowitymzniszczeniemwęzła).Wprzypadkuobciążaniapły-ty nieuszkodzonejwystępowała strefa trwałych od-kształceńplastycznych(charakterystyczna„fala”poutraciestatecznościpłyty).

• Istotnymograniczeniemprzedstawionejmetodydia-gnozowania jestmożliwośćwykrywania uszkodzeńdopieropoobciążeniuwęzłanaprawczego.

LITERATURA

1. Jones R., Chiu W. K., Smith R.: Airworthiness ofcompositerepairs:failuremechanisms,Engineering

FailureAnalysis1995:2:117-128.2. Baker A., Rose F., Jones R.:Advancesinthebonded

composite repairofmetallicaircraftstructure.Else-vierScienceLtd,London2002.

3. Lewińska-Romicka A.: Badania nieniszczące. Pod-stawy defektoskopii. Wydawnictwa Naukowo-Tech-niczne,Warszawa2001.

4. Baker A.:Bondedcomposite repairof fatigue-crac-kedprimaryaircraftstructure.CompositeStructures47(1999)431-443.

5. Rośkowicz M.:Statecznośćpłytnaprawianychzwy-korzystaniemmateriałów kompozytowych BiuletynWATNr4/2007Vol.LVI,Warszawa2007.

6. Rośkowicz M.:Badaniaskutecznościnaprawstruk-tur płatowców statków powietrznych realizowanychwwarunkach polowych zwykorzystaniemmateria-łówkompozytowychitworzywadhezyjnych.Opraco-waniezpracybadawczejNrON504001033,WATWarszawa2010.

_______________Drinż.MarekRośkowiczsąiPiotrKijewskisąpracowni-kamiWojskowejAkademiiTechnicznejwWarszawie.