Prezentacja programu PowerPoint

Report
Obrabiarki wieloosiowe i ich
możliwości technologiczne
Wojciech Skoczylas M2-L13
Obrabiarki wieloosiowe i ich
możliwości technologiczne
Dwadzieścia lat temu ze względu na ograniczający
rozwój technologiczny niektóre przedmioty można
było uważać za „nietechnologiczne”.
Dzisiaj te przedmioty można wykonać bez większych
problemów. Jednym z głównych czynników
pozwalających na to są obrabiarki wieloosiowe.
Kierunek rozwoju
Istotne jest rozszerzenie możliwości technologicznych
współczesnych obrabiarek, wyrażające się dążeniem do
obróbki przedmiotów na gotowo, przy zwiększeniu
dokładności i wzroście efektywności działania układów
sterowania.
Rozwój obrabiarek skrawających jest podyktowany
rozwojem technologii efektywnego wytwarzania, dążeniem
do rozszerzania możliwości technologicznych, osiągnięcia
dużej dokładności obróbki przy minimalizacji czasu i kosztów.
Celem obróbki na nowoczesnych tokarkach jest
wykonanie na gotowo przedmiotu w jednym cyklu
roboczym i na jednej maszynie. Stąd też od tokarek i
centrów obróbkowych tokarskich wymaga się
realizowania –oprócz typowych zabiegów toczenia –
także wiercenia, gwintowania i rozwiercania
mimośrodowego i poprzecznego oraz frezowania.
Tokarki CNC i tokarskie centra obróbkowe są to więc
obrabiarki wielozabiegowe (wielofunkcyjne), przy czym
znamienne ich cechy to:
-zróżnicowane, wieloosiowe układy strukturalne:
zespoły narzędziowe wykonują ruchy posuwowe
(tokarki poziome) – rys. 1a lub ruchy posuwowe
wykonuje wrzeciennik wraz z przedmiotem obrabianym
(tokarki pionowe) – co umożliwia budowę tokarek
pionowych o cechach obrabiarek „samoładujących się” –
rys. 1b,
Rys. 1. Tokarki: a) pozioma kłowo-uchwytowa: z dwiema głowicami rewolwerowymi,
b) pionowa: 1 – wrzeciennik, 2 – głowica rewolwerowa, 3 – podsystem magazynowy, 4 – układ
sterowania CNC
Cechy nowoczesnych tokarek
-sterowane numerycznie: wrzeciono główne C1
i przechwytujące C2, co daje możliwość obróbki
przedmiotu z drugiej strony
-głowice rewolwerowe z dużą liczbą narzędzi i z narzędziami
obrotowymi (tokarki rewolwerowe), przy
czym jedna z głowic może wykonywać ruchy
w osiach Z, X, Y, a czasem też w osi B,
-uniwersalny wrzeciennik narzędziowy o dużej mocy,
wykonujący ruchy w osiach Z, X, Y, B (centra tokarskie)
Cechy nowoczesnych tokarek
-możliwości wykonywania różnych zabiegów obróbkowych
– oprócz zabiegów tokarskich również innych zabiegów z
wykorzystaniem narzędzi obrotowych (frezów, wierteł,
gwintowników i in.) przy nieruchomym lub obracającym się
wrzecionie przedmiotowym – tak aby w wyniku obróbki
uzyskać część gotową lub prawie gotową.
Kompletną obróbkę przedmiotów
realizuje się dzięki
sterowaniu w osiach:
Rys. 2. Obróbka uzębień
na tokarkach: a) dłutowanie,
b) frezowanie obwiedniowe
-C1 (i C2) – co pozwala na:
frezowanie płaszczyzn,
rowków wpustowych, krzywek
promieniowych i bębnowych,
uzębień – rys. 2, obróbkę otworów
rozmieszczonych promieniowo lub
równolegle do osi przedmiotu, także
od strony powierzchni ustalających
przedmiot we wrzecionie głównym,
Y – co umożliwia obróbkę płaszczyzn rozmieszczonych na
cięciwie, obróbkę mimośrodów i wykorbień,
B – co pozwala na obróbkę otworów rozmieszczonych pod
dowolnym kątem, frezowanie płaszczyzn pod dowolnym kątem
– rys. 3;
Rys. 3. Przykłady obróbki przy sterowaniu w osiach B i Y
-duże moce napędu głównego, zwiększony zakres prędkości
obrotowych wrzeciona i prędkości posuwów;
-stosowanie lasera jako narzędzia, co pozwala na
realizację zabiegów łączenia (spawania) części,
hartowania powierzchniowego, bądź przecinania;
- możliwość skrawania materiałów w stanie
utwardzonym i zastępowania szlifowania obróbką
tokarską.
Cechy nowoczesnych frezarek
Tendencje konstrukcyjno-technologiczne i ulepszenia
w obrabiarkach do korpusów są wielokierunkowe i znajdują
odbicie w następujących właściwościach frezarskich
centrów obróbkowych:
-duża różnorodność konstrukcji w zależności od potrzeb
klientów dla zróżnicowanego spektrum obrabianych
przedmiotów;
-wysoka zdolność ruchowa wyrażająca się dużą liczbą osi
sterowanych (obróbka pięcioosiowa) i uniwersalnością,
umożliwiającą obróbkę przedmiotu z różnych stron w
jednym mocowaniu oraz produkcję krótkoseryjną,
a nawet jednostkową;
-zróżnicowane, wieloosiowe układy strukturalne:
1)klasyczne – centrów frezarskich trzyosiowych: wspornikowy,
ze stołem krzyżowym, w układzie T, z przesuwnym
wrzeciennikiem, bramowy,
2) centrów pięcioosiowych: ze skrętnym stołem w dwóch
osiach – rys. 4a, ze skrętnym wrzeciennikiem
w dwóch osiach – rys. 4b, ze stołem obrotowym
i skrętnym wrzeciennikiem,
Rys. 4. Pięcioosiowe centra obróbkowe: a) ze skrętnym stołem w dwóch osiach, b) ze
skrętnym wrzeciennikiem w dwóch osiach
3) pięcioosiowe frezarki do obróbki z pręta,
4)frezarki o zamkniętych strukturach kinematycznych
(pentapod, hexapod) o bardzo wysokiej zdolności ruchowej;
- zintegrowane napędy główne (elektrowrzeciona)
o dużym zakresie prędkości obrotowych wrzeciona i liniowe silniki
napędu posuwów o wysokich prędkościach
ruchu posuwowego i przesuwowego;
-nowe rozwiązania układów do automatycznej zmiany
narzędzi o zwiększonej pojemności magazynów narzędziowych i
krótkich czasach wymiany narzędzia;
-automatyzacja wymiany przedmiotów obrabianych (palet
przedmiotowych) poprzez dostosowanie obrabiarek do różnych
podsystemów podawania palet (zwykłych
systemów paletowych, systemów robotycznych, regałowych i
innych);
Możliwości technologiczne
Możliwość kompletnej obróbki przedmiotów na gotowo w
jednej operacji technologicznej, dzięki obróbce
wieloosiowej, wielozabiegowej z wielu stron w jednym
zamocowaniu (rys. 5), wieloma różnymi narzędziami i
obróbce z przechwytem na centrach tokarsko-frezarskich i
frezarkach do obróbki z pręta
Rys. 5. Zmniejszenie liczby mocowań na frezarkach pięcioosiowych
Zmniejsza to koszt wykonania przez eliminację drogiego
oprzyrządowania i skrócenie czasów przygotowawczych,
ustawczych i zakończeniowych. Wieloosiowe frezowanie
znalazło zastosowanie w wielu przypadkach obróbki
skomplikowanych powierzchni, ścian pochylonych
„ujemnie” w stosunku do osi freza. Pozwoliło na dotarcie
krótkim, sztywnym narzędziem w trudnodostępne miejsca
obróbki (rys. 6).
Rys. 6. Wymagana długość narzędzia: a) przy obróbce na obrabiarce trzyosiowej,
b) przy obróbce na obrabiarce pięcioosiowe
Frezowanie przy sterowaniu w pięciu osiach umożliwia
więc obróbkę trudno dostępnych miejsc (bokiem i końcem narzędzia), co pozwala na wykonywanie części
w postaci monolitów, poprzednio konstruowanych jako
składane;
Przy klasycznej technologii obróbki bazy obróbkowe oraz
powierzchnie ustalające musiały być rzeczywiste. Przy
obróbce na nowoczesnych obrabiarkach sterowanych
numerycznie, która odbywa się w jednym
zamocowaniu, bazy obróbkowe mogą być urojone
(wirtualne);
Znacznie większa swoboda konstruktora w kształtowaniu
przedmiotów. Jeszcze dwadzieścia lat temu wiele spośród
wykonywanych obecnie części nazwano by
„nietechnologicznymi”. Tradycyjne działania konstrukcyjne
związane były między innymi z koniecznością
uwzględnienia wielu ograniczeń. Konstruktor wiedział,
że możliwość uzyskania małych promieni zaokrąglenia
frezowanych powierzchni była bardzo ograniczona ze
względu na średnicę i długość narzędzia; frezowane
ściany nie mogły być zbyt cienkie ze względu na
odkształcające je siły skrawania; frezowanie długich i
wiotkich elementów bywało zastępowane przez składanie
ich z elementów i spajanie, ze względu na trudne do
opanowania drgania itd.
przy zastosowaniu obróbki HSC charakteryzującej się małymi
siłami skrawania, istnieje możliwość obróbki elementów
cienkościennych i o niewielkiej sztywności. Wysoka
częstotliwość sił wymuszających przy frezowaniu zmniejsza
problem drgań i upraszcza mocowanie przedmiotów.
Zmienione technologie,umożliwiają obróbkę skrawaniem
materiałów utwardzonych.
Duże prędkości obrotowe wrzecion pozwoliły na efektywne
stosowanie frezów o bardzo małej średnicy. Umożliwia to
frezowanie małych promieni zaokrąglenia, wąskich
wgłębień czy obróbkę wąskich szczelin. Ograniczyło
to zastosowanie obróbki EDM, będącej dotychczas
jedynym, kosztownym rozwiązaniem.
Toczenie na tokarkach sterowanych numerycznie daje
konstruktorowi znacznie większą swobodę w dobieraniu
tolerancji, szczególnie wymiarów (długości), i konstruowaniu
przedmiotów o większej dokładności w ramach
ekonomicznej dokładności obróbki.
Możliwość konstruowania i obróbki przedmiotów
o bardzo skomplikowanych kształtach, o dowolnych
powierzchniach, np.: wirników, łopatek turbin, kół zębatych:
-frezowanie otworów o złożonym, zmiennym przekroju i osi
tych otworów, która nie jest linią prostą,
1)frezowanie rowków ślimakowych o zmiennym skoku
i złożonym profilu poprzecznym,
2)obróbka kątów „ujemnych” na frezarkach trzyosiowych za
pomocą narzędzi specjalnych.
3)obróbka narzędziami specjalnymi (frezy kształtowe)
z zastosowaniem skomplikowanego toru ruchu narzędzia
w 5 osiach.
Najlepszą ilustracją zmiany poglądów na technologiczność
konstrukcji będzie przykład obróbki kół zębatych na
frezarkach pięcioosiowych. Proces obróbki odbywa się na
jednej maszynie – frezarce pięcioosiowej (rys. 7) i obejmuje:
Rys. 7. Obróbka koła zębatego na pięcioosiowej frezarce: a) frezarka Hermle C50U,
b) przestrzeń obróbkowa
-toczenie, wiercenie, frezowanie koła i zgrubne frezowanie
przestrzeni międzyzębnej w stanie nieutwardzonym,
-zdjęcie koła zębatego z maszyny i jego obróbkę
cieplną.
-ponowne założenie uzębienia na tę samą maszynę
i jego obróbkę wykończeniową w stanie utwardzonym.
Obróbkę kół zębatych na frezarkach pięcioosiowych umożliwia
specjalne oprogramowanie, które zawiera:
-moduł obliczania geometrii przestrzeni międzyzębnej (wrębu) na
podstawie danych koła z modelowaniem
uwzględniającym profil, nośność zęba i geometrię stopy
zęba;
-generator toru ruchu i parametrów frezowania przestrzeni
międzyzębnej w stanie nieutwardzonym;
-generator toru ruchu i parametrów frezowania przestrzeni
międzyzębnej po obróbce cieplnej;
-generator danych pomiarowych;
-postprocesor dla wybranej frezarki pięcioosiowej.
Wyrafinowane wersje oprogramowania do obróbki kół
zębatych na frezarkach pięcioosiowych, np. program
„Complex Rotors” firmy HPG Nederland BV, bazują na
bezpośrednich obliczeniach zarysu przestrzeni międzyzębnej
wg formuł matematycznych – rys. 8a. Umożliwia to dowolne
ukształtowanie nie tylko zarysu wrębu, ale także linii zęba;
przykładem może być pokazane na rys. 8b stożkowe koło
zębate o linii zęba ukształtowanej wg funkcji cosinus.
Uzębienie o linii cosinusoidalnej ma nośność zwiększoną o
40%, co pozwala na zmniejszenie wymiarów przekładni
stożkowej, a tym samym jej masy i momentu bezwładności.
Podany przykład dobrze ilustruje zmianę spojrzenia na
technologiczność konstrukcji, gdyż dawniej
konstrukcję
koła stożkowego o linii zęba ukształtowanej wg funkcji
cosinus uznano by nie tylko za nietechnologiczną, ale
za niemożliwą do wykonania.
Rys. 8. Oprogramowania obróbki kół zębatych na frezarkach pięcioosiowych: a) model obliczenia zarysu
przestrzeni międzyzębnej, b) stożkowe koło zębate o linii zęba ukształtowanej
wg funkcji cosinus
Podsumowanie
Rozwój obrabiarek skrawających podyktowany jest
dążeniem do rozszerzania możliwości technologicznych,
uzyskania dużej dokładności obróbki i ma na celu
minimalizację czasu i kosztów, co sprawia,
że konstruktor ma znacznie mniej ograniczeń;
Podczas opracowania konstrukcji wyrobu konstruktorzy
powinni śledzić postęp w budowie środków wytwarzania i
poznawać aktualne możliwości wykonania
zaprojektowanej produkcji.
Przykłady obróbki
Rys. 9 Przykłady obróbki prezentowane na targach EMO Hannover 2012
Rys. 10 Przykłady obróbki
Źródła
• J. HONCZARENKO: Obrabiarki sterowane
numerycznie. WNT Warszawa 2008.
• Katalogi producentów obrabiarek Mazak i DMG
• Materiały własne z prezentacji o obrabiarkach
wieloosiowych w DMG Pleszew

similar documents