192354819 CNC Alatne Masine Prvi Dio 2011

UNIVERZITET U SARAJEVU MAINSKI FAKULTET SARAJEVO

CNC ALATNE MAINE

Autor: Doc. dr. Ahmet eki, dipl.ma.ing.

. CNC ALATNE MAINE

i

S A D R A J:

Strana

1. UVOD ...................................................................................................................... 1

2. OSNOVNE KARAKTERISTIKE CNC ALATNIH MAINA .............................. 7 2.1. Osnovne definicije: NC, CNC, CIM, CAQ, CAD, CAM,

CAD/CAM, CAP, PPC ..................................................................................

8

2.2. Razlika izmeu konvencionalnih (klasinih) i CNC alatnih maina .............. 10 2.3. Karakteristike i vrste CNC alatnih maina ..................................................... 12 2.4. Komponente CNC alatnih maina .................................................................. 14 2.4.1. Nosea struktura maine .................................................................. 14 2.4.1.1. Statiko optereenje alatne maine ..................................... 14 2.4.1.2. Dinamiko optereenje alatne maine ............................... 15 2.4.1.3. Termiko optereenje alatne maine ................................... 15 2.4.2. Voice .............................................................................................. 16 2.4.2.1. Voice sa antifrikcionim linearnim kretanjem .................... 16 2.4.2.2. Linearni leajevi sa kuglicama i valjcima ........................... 17 2.4.2.3. Ostale voice ....................................................................... 18 2.4.3. Pogoni za glavno kretanje alatnih maina ........................................ 21 2.4.4. Pogoni za pomono kretanje alatnih maina .................................... 25 2.4.5. Upravljanje i regulacija pogonskih sistema ..................................... 27

2.4.5.1. Direktno numeriko upravljanje (DNC) ............................. 27 2.4.5.2. Sistemi adaptivnog upravljanja ........................................... 29

2.4.6. Mjerni sistemi glavnih pogona ......................................................... 32

2.4.6.1. Enkoderi .............................................................................. 33

2.4.6.2. Mjerne glave za CNC alatne maine .................................. 34 2.4.7. Nadzor i dijagnostika CNC alatnih maina i obradnih sistema ....... 35 2.4.8. Uvjeti za konkurentniji nain proizvodnje ....................................... 37 2.4.8.1. Ureaji za prednamjetanje reznih alata ............................. 37 2.4.8.2. Automatska izmjena reznih alata ........................................ 40

2.4.8.3. Automatska izmjena obradaka ............................................ 41

2.4.9. Upravljaka jedinica CNC alatne maine ........................................ 42 2.4.10. Ostali vaniji sklopovi CNC alatnih maina .................................... 43 3. KONCEPCIJSKE VARIJANTE CNC ALATNIH MAINA ................................. 44 3.1. Vieoperacijske CNC alatne maine ............................................................... 44 3.2. CNC strugovi .................................................................................................. 45

3.2.1. Osnovna podjela strugova .................................................................... 45

3.2.2. Horizontalni CNC strugovi ................................................................... 45

3.2.3. Vie suportni strugovi .......................................................................... 47 3.2.4. Vievreteni strugovi ............................................................................. 47 3.2.5. Strugovi sa suprotnim vretenom .......................................................... 47

3.2.6. Stezanje reznih alata na CNC strugovima ............................................ 48

3.2.7. Stezanje obradaka na CNCstrugovima ................................................. 49

CNC ALATNE MAINE Uvod.

1

1. U V O D

Razvijeno svjetsko trite danas se suoava s brzim i neprestanim promjenama zbog mnogih faktora, (slika 1.1) koje se ogledaju u dinamici velike ponude novih i raznovrsnih proizvoda,

njihovom brzom zastarijevanju, visokim zahtjevima kupaca za kvalitetom i pristupanim cijenama. U takvim uslovima globalne trine konkurencije imperativ je brzo, jeftino i kvalitetno izraditi proizvod.

Slika 1.1. Proizvodno okruenje u 21 stoleu

Prema tome, sa aspekta ekonominosti postupaka, glavni ciljevi svih obrada su poveanje

dimenzionalne preciznosti i povrinske cjelovitosti kvaliteta proizvoda uz istovremeno poveanje brzine uklanjanja materijala (strugotine), kao i smanjenje vremena rada po

jedinici proizvoda, smanjenje troenja alata i utroka pogonske energije. Ovi faktori su uvijek bili vani i ostaju veoma bitni za sadanju konkurentnu industriju kao i za automatsku proizvodnju. Naime, definiui osnovne ciljeve obrada tj. poveanje proizvodnosti i kvaliteta proizvoda te smanjenje proizvodnih trokova, a kroz njih i sredstva za njihovo ostvarivanje, moe se uspostaviti meusobni neprekidni lanac spiralnog razvoja: proizvoda - tehnologija - alatnih maina (slika 1.2).

Slika 1.2. Spirala razvoja proizvoda-tehnologije-alatne maine u metalo prerivakoj industriji

Najkarakteristinija dva primjera istorijske korelacije izmeu proizvoda, tehnologija i alatnih maina je razvoj automobilske i avio industrije. Naime, u toku razvoja automobilske industrije nastao je itav niz alatnih maina. Tako je za zavrnu obradu bruenjem koljenastih vratila 1903. godine napravljena brusilica za vanjsko bruenje, koja je vrijeme obrade svela sa 5 asova na 15 minuta. Obrada cilindara motora, koja se izvodila proirivanjem, razvrtanjem i glaanjem, zamijenjena je unutranjim bruenjem (1905. godine) i mogla se ostvariti paralelnost od 0,006 mm. 1922. godine je razvijena maina za bruenje bez iljaka, koja je takoer uticala na znaajno


2

smanjenje vremena obrade sitnih dijelova u masovnoj proizvodnji. Za proizvodnju karoserija

automobila razvile su se maine za valjanje lima, tehnologija za obradu dubokim izvlaenjem, prosijecanjem i probijanjem, te maine za te obrade. Razvoj avionske industrije, a time i sve sloenijih dijelova, doveli su do pojave numerikih upravljanih alatnih maina (1950. godina). Od tada numeriki upravljane alatne maine tj. sistemi imaju dominantan uticaj u industriji. U tabeli 1.1. je dat hronoloki pregled razvoja upravljakih sistema alatnih maina. Tabela 1.1. Pregled razvoja upravljakih sistema alatnih maina 1808. god. Joseph M. Jacquard koristi metalnu traku za upravljanje tkalakim strojevima

1990. god. Pojava automatskih strugova

1949-52. god John Perason i M.I.T. (Massatussets Institut of Technology). izrada prvog elektronskog

upravljanja alatnom mainom

1954. god. Serijska proizvodnja NC alatnih maina

1959. god. M.I.T je objavio razvitak prvog jezika za programiranje NC maina (Jezik je nazvan APT - Automaticaly Programmed Tools)

1960.god. Direktno numeriko upravljanje (eng. Direct Numerical Control DNC) i pojava robota

1968. god. U kompaniji Kearney & Trecker izraen je prvi obradni centar

1968. god. D.N.T. Williamson razvio je i prikazao prvi fleksibilni obradni sistem MOLINS 24.

1970. god. FMC, FMS, GT, NC, CNC, DNC, AC

1972. god. Prvi CNC sistemi

1980. god. Pojava CAD/CAM sistema. Razviaju se CAD/CAM sistemi za operativni sistem Unix i

za PC raunare. Razvoj i primjena industrijskih robota

1984. god. Prva maina sa grafikim prikazom obrade na ekranu

1986/87 god. Stvoreni uslovi za povezivanje maina koncept CIM,

1990. god. Pojava upravljakih raunara zasnovanih na otvorenoj arhitekturi (PC Windows/NT based Open Modular Architecture Control (OMAC) systems). Razvoj koncepta proizvodnje: Lean, JIT, (

2000. god. Unmanned manufacturing FOF (Factory of the Future), tvornice budunosti

Osnove numerikog upravljanja postavio je 1947. godine John Parsons (1913-2007). Upotrebom buene trake upravljao je pozicijom alata pri izradi lopatica helikopterskog propelera. Dvije godine poslije, amerika vojska sklopila je ugovor sa institutom MIT (Massachustes Institute of Technology in Cambrige, MA, USA) za razvoj programibilne glodalice. Glodalica, Cincinati

Hydrotel predstavljena je 1952. godine, imala je elektromehaniko upravljanje i koristila je buenu traku (slika 1.3.). Iste godine poinje se koristiti naziv numeriko upravljanje (NC).

Tadanja upravljaka jedinica bila je vea od same maine. U odnosu na konvencionalne

maine znaajna promjena je bila

uvoenje zasebnih istosmjernih motora za

pogon glavnog vretena i

suporta.

Slika 1.3. Prva NC maina


3

MIT je 1959. godine razvio prvi jezik za programiranje NC maina, koji se zvao APT (Automatic Programmed Tools).

U civilnoj industriji, primjena numerikog upravljanja zapoinje ezdesetih godina dvadesetog vijeka, upotrebom direktnog numerikog upravljanja DNC (Direct Numercal Control). Ovim je omogueno direktno slanje programa iz DNC raunara u UR CNC maine. 1970. godine skraenica DNC dobija novo znaenje, odnosno razvojem mikroprocesora poinje era CNC-a (Computer Numerical Control), ime poinje primjena LAN-lokalnih mrea (Local Area Network). Osamdesete godine dvadesetog vijeka u historiskom razvoju numerikog upravljanja obiljaene su razvojem i upotrebom CAD/CAM sistema.

Danas se unos programa u memoriju upravljake jedinice najee vri pomou RS232 porta, dok najnovije upravljake jedinice imaju USB port, ime je omoguen veoma brz prijenos podataka. Posljedica toga je efikasnija i ekonominija proizvodnja, naroito komplikovanih mainskih elemenata, to je i bio cilj razvoja numerikog upravljanja.

Numeriki upravljane alatne maine za obradu skidanjem strugotine (obradu rezanjem) su u prvom periodu proizvodene za pojedine operacije (struganja, buenja, glodanja, itd.), da bi se u narednom periodu razvili sistemi sa koncipiranom manipulacijom materijala (sirovine). Za

izradu dijelova automobila ili poljoprivrednih maina sa veim brojem operacija, projektuju se sistemi, kod kojih je izvrena koncentracija operacija a koji su meusobno povezani transportnim sredstvima (transfer linije). Naredna faza razvoja koncepta alatnih maina je koncentracija razliitih vrsta obrade, kao to su: buenje, glodanje, struganje, izrada navoja, itd. kao i automatsko rukovanje kompleksom alata. Ovo su tzv. funkcionalne maine ili obradni centri. Njihova karakteristika je visoka tehnoloka fleksibilnost sa visokim stepenom automatizacije primjenom numerikog i raunarskog upravljanja. Razvojem ovakvih alatnih maina formiraju se fleksibilni obradni - tehnoloki sistemi (eng. Flexible Manufacturimg System) sa raunarskim upravljanjem da bi se sistem proirio na integralni proizvodni sistem. Danas imamo sve veu primjenu industrijskih robota koji predstavljaju elemenat povezivanja alatnih maina a izvravaju funkciju manipulacije materijalom, alatom i obraenim komadima.

Prema tome, razvoj numerikog upravljanja je imao za posljedicu razvoj alatnih maina slijedeim redoslijedom: NC alatne maine, CNC alatne maine, obradni centri, fleksibilne obradne elije te na kraju fleksibilni obradni sistemi. Naime, za uspjeno poslovanje na sve zahtjevnijem globalnom tritu, potrebno je zadovoljiti zahtjeve kupaca, rjeavajui njihove potrebe i probleme. Zahtjeve je mogue rjeavati ponudom novih proizvoda i inovacijama postojeih. Bez savremenih CNC alatnih maina i alata, bez primjene novih tehnologija, itd. nije mogue zadovoljiti te zahtjeve i biti konkurentan. U svim segmentima konkretne proizvodnje, obradni sistemi imaju kljunu ulogu, te je neophodno pratiti trendove i usvajati nova rjeenja. U podruju obradnih sistema za postupke obrade odvajanjem estica prisutni su sljedei trendovi:

1. PROCESI OBRADE :

1.1. Modeliranje i simulacija procesa obrade,

1.2. Visokobrzinske obrade,

1.3. Mikro i nano tehnologije obrade,

1.4. Nekonvencionalne tehnologije (obrada laserom, vodenim mlazom, itd.),

1.5. Tehnologije brze izrade prototipa,

1.6. Tvrde obrade,

1.7. Suhe obrade, itd.

2. ALATNE MAINE I ELEMENTI : 2.1. Vieosne CNC alatne maine, 2.2. Modularna gradnja,


4

2.3. Visokoproduktivne alatne main, 2.4. Alatne maine sa paralelnim kinematskim strukturama (HEXAPOD-i), 2.5. Linearni pogoni,

2.6. Motor-vretena,

2,7. Klizno vodei sistemi (zavojno vreteno sa kuglicama i navrtkom), 2.8. Integriranje vie postupaka obrade na jednoj maini, itd.

3. UPRAVLJANJE ALATNIM MAINAMA : 3.1. Upravljake jedinice za visokobrzinske obrade, 3.2. Razvoj korisnikog SW, 3.3. Umreavanje upravljakih raunara, 3.4. HW i SW za monitoring i dijagnostiku procesa i maina, itd.

4. PROJEKTOVANJE PROCESA OBRADE :

4.1. Primjena CAD/CAM sistema i CAE,

4.2. CAPP sistemi,

4.3. Razvoj specifine programske podrke (postprocesori, baze podataka, posebni programski moduli prilagoeni specifinim zahtjevima korisnika),

4.4. Optimizacija procesa,

4.5. SW za planiranje i praenje proizvodnje, 4.6. Primjena STEP standarda, itd.

5. REZNI ALATI I PRIHVATI :

5.1. Alatni materijali i geometrije,

5.2. Presvlake i tehnologije presvlaenja, 5.3. Prihvati alata, posebno sa stanovita primjene visoko brzinskih obrada, 5.4. Prihvat obradaka,

5.5. Prednamjetanje alata, 5.6. Strategije zamjene alata i obradaka, itd.

Zakljuak je, da pred dananje specijalizirane proizvodne firme za obradu matala odvajanjem estica postavljaju se visoki zahtjevi za samu obradu, a neki od njih su: optimalni kvalitet obrade, niski trokovi proizvodnje, potivanje rokova isporuke, racionalno upravljanjem materijalom i informacijskim tokovima u proizvodnom sistemu, itd. Sve to je nezamislivo bez

novih pristupa u postupcima obrade kao to je CNC tehnologija (CNC alatne maine, projektovanje procesa obrade, itd.). Savremeni obradni sistemi, pored kontinuiranih zahtjeva ka

veem stepenu automatizacije i fleksibilnosti, sve vie trebaju ispunjavati zahtjeve integracije i inteligencije, odnosno pokazati sposobnost autonomnosti. U upravljakom segmentu, stalno se traga za novim rjeenjima koje e odgovoriti na pitanje kako omoguiti proizvodnim sistemima da se prilagode brzim promjenama u okolini. Pri tome se najee spominju:

a) Intelligent Manufacturing Systema Inteligentni proizvodni sistemi, b) Genetic Manufacturing System Genetski proizvodni sistemi, c) Biological Manufacturing System Bioloki proizvodni sistemi, d) Virtual Manufacturing System Virtualni proizvodni sistemi, e) Reconfigurable Manufacturing Systems Rekonfigurabilni proizvodni sistemi, itd.

Proizvodne firme e se stalno susretati sa estim i nepredvidivim trinim promjenama, kao to su: uvoenje novih proizvoda, promjene koliine i kombinacije proizvoda, nove komponente za postojee proizvode, nove tehnologije, itd. Zato firme moraju koristiti proizvodne sisteme koji e u potpunosti moi odgovoriti navedenim zahtjevima. O znaaju obradnih sistema za industrijsku razvijenost pokazuje prikaz o potronji obradnih maina u periodu 2001 2007 godine, slika 1.4.


5

Slika 1.4. Proizvodnja obradnih maina u nekim zemljama

Posebno, pronalazak novih materijala za rezne alate sa kojima se mogu realizovati sve vee i vee brzine rezanja, dovela su do razvoja novih konstrukcionih rjeenja alatnih maina u cjelini, kao i njihovih elemenata, ureaja i mehanizama. Ovdje se prije svega misli na glavna vretena, pogonske mehanizme i mehanizme pomonih kretanja (snaga, obrtni momenti i brojevi obrtaja). Prema tome, razvoj novih (kvalitetnijih) materijala za rezne alate je stvorio nov i cjelovit pristup

u dizajniranju alatnih maina i obradnih sistema. Najznaajniji zahtjevi u dizajniranju novih alatnih maina su: poveanje snage i broja obrtanja glavnog vretena (primjena novih reznih alata a time i

implementacija visokobrzinske obrade),

kontrola temperature glavnog vretena, automatska kompenzacija istroenja alata (unos korekcije za alate, nadzor nad istroenjem i

lomom alata, itd),

automatski transport i izmjena alata, obradaka i pribora, automatsko stezanje obratka u radnom prostoru maine, optimiranje reima obrade, simulacija tehnolokog procesa, kontrola glavnog, te pomonog kretanja numeriki upravljanih osa pomou raunarske

obrade podataka, itd.

ienje i odvod odvojenih estica (pranje, suenje i hlaenje obradaka, itd), preventivno odravanje uz dijagnosticiranje i signalizaciju s jasnim tekstom opisa smetnji,

itd.

Velika oekivanja u daljem napretku proizvodnog inenjerstva usmjerena su prvenstveno prema visokobrzinskim tehnologijama (struganje, glodanje, buenje, bruenje, struganje-glodanje) koje su u posljednjih desetak godina postale kljune tehnologije obrade odvajanjem estica i znaajno su potisnule tehnologije konvencionalnih obrada. Uporedo sa razvojem alatnih maina tekao je i razvoj automatizacije (upotreba elektronike) a time i racionalnijih metoda proizvodnje kao i

primjena novih tehnologija.

Na osnovu ovog kratkog pregleda moe se zakljuiti da su se desile i da se deavaju vrlo znaajne promjene u konstrukciji alatnih maina to dovodi do stalnog poboljanja njihovih eksploatacionih i proizvodnih karakteristika.

Zapravo, porast produktivnosti ostvarivao se i ostvaruje:

pronalaskom novih maina za nove operacije ili nove tehnologije, koncepcijsko konstruktivnim razvojem postojeih maina i prevoenjem izrade dijelova ili proizvoda iz jedne u drugu tehnologiju.

Za analizu koncepcijsko konstruktivnog razvoja alatnih maina polazi se od:

koncepta alatne maine, konstrukcije sklopova,


6

sistema materijala, energetskog sistema i sistema upravljanja.

Moe se zakljuiti da je koncept alatne maine viedimenzionalni problem, posebno ako se alatna maina posmatra u zavisnosti od njene fleksibilnosti.

dr.sci Ahmet eki CNC ALATNE MAINE

7

2. OSNOVNE KARAKTERISTIKE CNC ALATNIH MAINA

Za uspjeno poslovanje na sve zahtjevnijem globalnom tritu, potrebno je zadovoljiti zahtjeve kupaca, rjeavajui njihove potrebe i probleme. Zahtjeve je mogue rjeavati ponudom novih proizvoda i inovacijama postojeih. Bez savremenih metoda, alatnih maina i alata, bez primjene novih tehnologija, nije mogue zadovoljiti te zahtjeve i biti konkurentan. U svim segmentima konkretne proizvodnje, obradni sistemi imaju kljunu ulogu te je neophodno pratiti trendove i usvajati nove tehnologije i rjeenja u ovom podruju. Na slici 2.1 su prikazani osnovni zahtjevi savremene proizvodnje.

Slika 2.1. Osnovni zahtjevi savremene proizvodnje

Rjeavanje sve veih zahtjeve trita kao i automatizacija maloserijske i serijske proizvodnje

se uspeno izvodi primjenom CNC alatnih maina. Njihova primjena dovodi do:

poveanja proizvodnosti,

poveanja tanosti obrade,

poveanja vremenskog stepena iskorienja maine, itd.

Osnovne prednosti CNC alatnih maina u odnosu na dvije skupine konvencionalnih maina:

1. Prema konvencionalnim neautomatizovanim univerzalnim mainama

znatno vea proizvodnost,

Osnovni

zahtjevi

savremene

proizvodnje


8

vei udio mainskog vremena tm u vremenu operacije,

visoka tanost (stalnost parametara i precizno voenje alata).

2. Prema automatskim konvencionalnim mainama:

nepotrebna izrada fiksnih skupih nosioca programa (abloni, itd.),

velika fleksibilnost tj. brza promjena programa uz iri spektar uz poveane

mogunosti maine (ako npr. su vee koliine ili imamo este izmjene oblika i

dimenzija proizvoda, itd.).

Primjenom CNC alatnih maina prisutni su i sljedei nedostaci:

obavezno planiranje rada (TP) do u detalje bez obzira na koliinu,

veliki investicijski trokovi i vea cijena radnog sata,

vei zahtjevi prema osoblju u pripremi i odravanju, itd.

Meutim, prednosti su izraenije zato je stalan i sve bri razvoj i zastupljenost CNC alatnih

maina u metalopreraivakoj industriji a naroito zbog:

a) poveanje proizvodnosti

b) poveanje kvaliteta proizvoda i

c) smanjenje proizvodnih trokova.

2.1. Osnovne definicije: NC, CNC, CIM, CAQ, CAD, CAM, CAD/CAM,

CAP, PPC

a) NC sistemi (maina+upravljaka jedinica sa dijelom za obradu podataka i upravljakim

krugovima - oienja).

Uvoenjem NC upravljanja omoguena je racionalna proizvodnja dijelova i u

pojedinanoj i maloserijskoj proizvodnji (85%) to nije bilo mogue kod

konvencionalnog naina upravljanja.

Princip rada NC sistema:

Podaci preko nositelja informacija u obliku signala ulaze u dekoder, gdje se vri

dekodiranje informacija koje se zatim alju preko memorije u interpolator. Tu se

informacija predstavlja u vidu putanje alata. Preko povratne veze mjerni sistem obavlja

identifikaciju poloaja alata i zajedno sa zadanim veliinama u interpolatoru vri se

usporedba poloaja i alje signal za korekciju (ako je potrebna). Cijeli ovaj proces se

odvija po programskim blokovima (jedan po jedan) i brzina izvoenja programa ovisi

iskljuivo o brzini itaa informacija.

b) CNC sistemi (maina+upravljaka jedinica na bazi raunara tj. NC+ raunar = CNC.

Razvojem softvera i hardvera dananji CNC sistemi upravljanja predstavlja visok stepen

automatizacije proizvodnih funkcija (programiranje na maini, upravljanje alatima,

materijalom, mjerenja, sloene interpolacije, dijagnosticiranje stanja maine, video upute

za odravanje sistema, grafika simulacija, itd.). Uticaj raunara na NC programiranje


9

A.M. dovela je do znaajnog smanjenja vremena posebno kod vieosnog programiranja

konstrukcijskih zahtjevnih djelova (sloene geometrije).

c) CIM - raunarom podrana proizvodnja (Computer Integrated Manufacturing).

CIM predstavlja zajedniko informacijsko-tehniko djelovanje svih faktora proizvodnje,

koji koriste zajedniku bazu znanja. Obuhvata zadatke razvoja, projektovanja,

konstrukcije, planiranja, obrade do ispitivanja i isporuke. CIM nije metoda

racionalizacije niti proizvod koji se moe kupiti i instalirati, ve je to nain razmiljanja i

rada koji, u usporedbi s drugim proizvodnim subjektima, moe dati ansu za dugoroniji

ekonomski uspjeh.

d) CAQ - raunarom podrano upravljanje (osiguranje) kvalitetom (Computer Aided

Quality). Osnovni cilj osiguravanja kvalitete je preglednost i kompletnost, te doreenost

tehniko-tehnoloke dokumentacije, koja prati proizvod od narudbe do eksploatacije, tj.

u svim fazama vijeka proizvoda, te poticaj za napredovanje u organizaciji i primjeni

sredstava za kontinuirano upravljanje kvalitetom, kako bi proizvod uvijek bio na

potrebnom nivou kvaliteta.

e) CAD - raunarom podrano projektovanje (Computer Aided Design)

Raunarom podrano projektovanje zajedniki je naziv za sve organizacijske aktivnosti

pri konstruisanju i razvoju proizvoda, uz izravnu i posrednu pomo raunara, kao to su:

funkcionalno, estetsko, ergonomsko i montano oblikovanje proizvoda,

zavrno dimenzionisanje,

izrada tehnike dokumentacije,

tehnike analize i prorauni,

simulacija,

provjeravanje tehnologinosti proizvoda,

Oblikovanje proizvoda je postupak odreivanja geometrijskog i vizualnog izgleda na

osnovi predvienih slijedeih zahtjeva:

funkcionalnih

mehanikih

estetskih

ergonomskih

montanih

tehnolokih.

f) CAD/CAM - raunarom podrana proizvodnja (Computer Aided Manufacturing).

Posebno je interesantna direktna veza CAD/CAM sistema, prema kojoj se dimenzije

projektovanog dijela, potrebne za obradu, izuzimaju iz CAD sistema i na temelju njih u

CAM sistemu se moe izraditi datoteka putanje alata koja se postprocesorom prevodi u

numeriki program za odreenu upravljaku jedinicu.


10

g) CAP - raunarom podrano planiranje (Computer Aided Planing)

Podruje pripreme rada nalazi se izmeu konstrukcije i izrade, a dijeli se na planiranje

rada i upravljanje. U granicama planiranja rada provode se sve aktivnosti koje se obino

jednom pojavljuju i koje osiguravaju proizvodnju. Upravljanje radom obuhvata sve

aktivnosti, potrebne za planiranje rada i odvijanje procesa.

h) PPC - planiranje i upravljanje proizvodnjom (Production Planning and Control).

Planiranje i upravljanje proizvodnjom primarno je podruje EOP-a sadanjice. Ovaj

posao radi se ve desetljeima, tako da danas ima dosta programskih paketa koji

razliitim postupcima uspjeno rjeavaju ovu problematiku, pripremajui firmu za

provoenje osiguravanja kvaliteta i uvoenje CIM-a.

2.2. Razlika izmeu konvencionalnih (klasinih) i CNC alatnih maina

Kad govorimo o obradi predmeta pomou konvencionalnih i CNC alatnih maina mogu se

postaviti odreena pitanja. Je li CNC obrada bolja i ako jeste, zato? Ima li slinosti meu tim

obradama? Uporeujui ova dva naina obrade moe se zakljuiti da je osnovni pristup pri

projektovanju tehnologije gotovo jednak:

Analiza crtea i ostale dokumentacije,

Izbor operacija obrade,

Odreivanje baznih povrina i izbor naina stezanja,

Odabir odgovarajuih alata,

Proraun optimalnog reima obrade,

Izrada programa i testiranje (za CNC alatne maine),

Izrada predmeta.

Razlika je u predzadnjoj aktivnosti koje na konvencionalnim mainama nema. Meutim, pri

samoj obradi pojavljuju se bitne razlike. Operater na konvencionalnoj maini pomou jedne ili

obje ruke obavlja ukljuivanje/iskljuivanje posmaka, rashladnog sredstva, itd. tj. obavlja

voenje alata. Za to su potrebni znanje i odreene vjetine. O stepenu vjetina zavisit e i

kvalitet i vrijeme izrade. Problem nastaje kad je potrebno izraditi vie potpuno istih predmeta.

Po prirodi ovjek ne moe ponoviti sve postupke na jednak nain, to kao rezultat daje razlike

u dimenzijama predmeta i kvalitetu obraene povrine.

Kod CNC alatnih maina mikroprocesor vodi alat uvijek na jednak nain ime se postie da je

svaki izradak u serijskoj proizvodnji isti. Iz ovog se moe zakljuiti da su CNC alatne maine

uvijek superijornije nad klasinim mainama. Meutim ako je potrebno izraditi samo jedan

jednostavan predmet ipak konvencionalne maine imaju prednost (ekonominost

proizvodnje). Ove prednosti CNC alatnih maina, dobijene su ugradnjom specifinih

komponenti kao to su: kliznovodei sistemi CNC maina (voice i sistemi za prenos

kretanja), zavojno vreteno sa navrtkom, itd.

Izrada i konstrukcija CNC alatnih maina se u mnogome razlikuje od izrade i konstrukcije konvencionalnih alatnih maina kako u osnovi mainskog sistema tako i u osnovi upravljanja.


11

Ova razlika proizilazi iz potrebe za boljim performansama alatnih maina, te se u tom cilju navodi nekoliko karakteristika CNC alatnih maina:

a) Vei stepen iskoritenja vee brzine obrtaja i brzine pomonih kretanja, vee ugraene snage motora, itd. (omoguena upotreba savremenuh reznih alata).

b) Via tanost uslovljeni vii zahtevi kod konstrukcije strukture u pogledu krutosti, priguenja eliminisanju toplotnih deformacija i habanja.

c) Upravljanje svim funkcijama maine je daljinsko. Svi prenosnici glavnog i pomonog kretanja su posebno konstruisani, i obino nezavisno upravljani, a povezani elektrinim i elektronskim putem.

d) Izmenjivai alata, nosai alata su automatizovani a funkcije izmjene alata ukljuene u dio numerikog upravljanja.

e) Mjerni sistem je dio cjelokupnog sistema i najee u zatvorenom kolu sa ostalim djelovima numerikog upravljanja.

f) Vretena CNC maina, glavna i pomona, izvedena su sa viim stepenom tanosti, veih su dimenzija a uleitenju se posveuje posebna panja u pogledu krutosti, priguenja oscilacija i toplotnih deformacija, itd.

Pored navedenih razlika, treba imati u vidu i sutinske. Konvencionalna maina je orjentisana za direktnu obradu materijala, a kod numeriki upravljane alatne maine prvo se obrauju informacije, a zatim odgovarajue jedinice, na osnovu obraenih informacija, vre kretanja koja slue za neposrednu obradu materijala pripremka. Osnovne razlike izmeu konvencionalnih i CNC alatnih maina (slika 2.2) su:

a) Pogon maine kod konvencionalnih maina najee radi se o skupnom pogonu tj.

jedan motor pogoni i glavno vreteno i ostala kretanja radnog stola, dok kod CNC

maina postoji jedan glavni motor za pogon glavnog vretena a kretanje po osama

ostvaruju posebni istosmjerni motori.

b) Upravljanje maine izvodi se kod konvencionalnih maina runo ili mainski preko

ruica za upravljanje dok CNC alatne maine imaju upravljaku jedinicu (tastatura i

ekran) i rade automatski preko programa.

c) Mjerni sistem maine sastoji se od skale sa nonijusom (konvencionalne maine) ili

preciznijeg linearnog sistema mjerenja (CNC alatne maine).

d) Pomak radnog stola ostvaruje se trapeznim navojem (konvencionalne maine) ili

kuglinim navojnim vretenom (CNC maina).


12

Slika 2.2. Razlika izmeu konvencionalnih (a) i CNC alatnih maina (b)

2.3. Karakteristike i vrste CNC alatnih maina

Izrada i konstrukcija CNC alatnih maina se u mnogome razlikuje od izrade i konstrukcije

konvencionalnih alatnih maina kako u osnovi mainskog sistema tako i u osnovi upravljanja.

Ova razlika proizilazi iz potrebe za boljim perfomansama alatnih maina, te se u tom cilju

navode najvanije karakteristike CNC alatnih maina:

Vei stepen iskoritenja,

Via tanost,

Upravljanje svim funkcijama maine je daljinsko,

Izmjena alata je automatska,

Mjerni sistem je dio cjelokupnog sistema,

Vretena CNC alatnih maina (glavna i pomona) su izvedena sa viim stepenom tanosti,

Obilno podmazivanje i hlaenje alata,

Koritenje najkvalitetnijih reznih alata, itd.

Na slici 2.3. je prikazana struktura CNC alatne maine. Dananji standard kod CNC alatnih

maina je softver na bazi Windows sistema, grafika i simulacija (3D) u boji to omoguava

brzo programiranje i editiranje programa na licu mjesta ili prijenos podataka sa raunara na

upravljaku jedinicu maine.


13

Slika 2.3. Struktura CNC alatne main

CNC alatne maine za obradu skidanjem strugotine su brojne i razliite. Najzastupljenije, u

metalopreraivakoj industriji prema vrsti tehnolokih operacija su:

Glodalice i obradni centri,

Strugovi i strugarski centri,

Builice

Brusilice.

Danas se sve vie proizvode tzv. vieoperacijske numeriki upravljane alatne maine. Postoje

slijedee vrste prema obliku obratka, koji se na njima mogu obraivati:

obradne centre - za obradu prizmatinih obradaka: glodanjem, buenjem, struganjem i

bruenjem,

strugarske centre - za obradu osnosimetrinih obradaka: struganjem, buenjem,

glodanjem i bruenjem i

brusne centre - za bruenje sloenih brusnih povrina.

Najznaajniji trendovi razvoja savremenih sistema alatnih maina su:

viskobrzinski pogoni glavnih vretena,

aplikacija linernih motora ili paralelne kinematike,

rastue upotrebe tehnologije regulacije, simulacije i upravljanja,

mrene informacije i komumnikacija, itd.

Kako instaliranje novih tehnologija trai odgovarajue maine uz maksimalnu fleksibilnost i

modularnu gradnju. Proizvode se slijedee vrste:

Alatne maine s visokobrzinskim radnim vretenima

Alatne maine s linearnim i torqe motornimposminim pogonima

Alatne maine na bazi paralelnih kinematikih struktura


14

Pogoni modernih alatnih maina sve ee se baziraju na direktnim pogonima integriranim u

strukturu maine. Na slici 2.4. je data struktura jedne modularne obradne elije

Slika 2.4. Struktura jedne modularna obradna elija (projekt HSTEC d.d.)

2.4. Komponente CNC alatnih maina

Kvalitet i pouzdanost CNC alatnih maina zavisi od razliitih mainskih elemenata i podsistema maine. Pojedini vaniji dijelovi CNC alatnih maina su: a) nosea struktura mane, b) voice, c) pogoni za glavna i pomona kretanja, d) vreteno i uleitenje vretena, e) mjerni sistemi, f) upravljaka jedinica i interfejs operatera, g) senzori, h) sistem za nadgledanje alata, itd.

2.4.1. Nosea struktura maine

Svi motori, prijenosni i drugi funkcionalni dijelovi alatne maine, povezani meusobom, vrsto su vezani za noseu strukturu maine. Tako da je nosea struktura maine izloena statikim i dinamikim silama, pa je zbog toga veoma vano da se nosea struktura maine ne deformie ili ne osciluje, preko dozvoljene granice, kada je izloena djejstvu sila koje su prisutni pri obradi. Sve komponente maine moraju da ostanu u tanom relativnom poloaju da bi zadrale geometrijsku tanost, bez obzira na intenzitet i pravac djejstva sila. Na konfiguraciju nosee strukture maine takoe utiu nain proizvodnje, montae i rukovanja alatnom mainom. U daljem djelu teksta bie rei o osnovnim faktorima koji utiu na izradu nosee strukture alatne maine.

2.4.1.1. Statiko optereenje alatne maine

Statiko optereenje, kod alatne maine, potie od teine kliznih djelova, obratka i sila koja se javljaju prilikom rezanja. Da bi se deformacija strukture tokom statikog optereenja kretala u


15

dozvoljenim okvirima, nosea struktura treba da ima adekvatnu krutost i odgovarajuu konfiguraciju strukture. Generalno gledano postoje dvije osnovne konfiguracije alatnih

maina, kao to je prikazano na slici 2.5.

Slika 2.5. Najee koritene konfiguracije CNC alatnih maina

2.4.1.2. Dinamiko optereenje

Dinamiko opterenje je termin koji se koristi za sile koje se neprekidno mijenjaju i pri tom djeluju na noseu strukturu alatne maine tokom njenog rada. Ove sile dovode do vibracija cijelog mainskog sistema. Vibracije mogu da potiu od:

a) neizbalansiranih rotirajuih elemenata, b) nedozvoljenog uparivanja zupanika, c) nepravilno izvedenog uleitenja, d) promjena u intenzitetu sile rezanja tokom obrade (npr. glodanje), itd.

Uticaj ovih vibracija na performanse maine se smanjuje: a) poveanjem krutosti strukture maine i b) poboljanjem prigunih svojstava.

2.4.1.3 Termiko optereenje

Kod alatnih maina postoji vei broj lokalnih toplotnih izvora koji poveavaju toplotni gradijent unutar maine. Neki od toplotnih izvora su:

a) elektrini motor, b) trenje u mehanikom pogonu i prenosnicima, c) proces obrade, d) temperatura okoline, itd.

Ovi toplotni izvori prouzrokuju lokalne deformacije, to za posljedicu ima znaajno pogoranje performansi maine. Da bi smanjili termiko optereenje treba se generalno pridravati sledeih pravila:

a) pogon (motor i prenosnik) treba montirati na spoljnom dijelu maine, b) adekvatnim podmazivanjem otkloniti temperaturu nastalu usled trenja u leajevima i

voicama, c) adekvatnim sredstvom za hlaenje i sistemom za otklanjanje strugotine otkloniti

temperaturu nastalu tokom obrade,

d) strukturu maine izraditi u termo-simetrinom dizajnu, itd.


16

2.4.2. VOICE

Voice se, kod alatnih maina, koriste za:

a) upravljanje pravcem i smjerom kretanja suporta ili radnog stola za koja je alat ili obradak privren,

b) apsorbciju svih statikih i dinamikih sila.

Oblik i veliina obratka zavisi od tanosti pri kretanju te od geometrijske i kinematske tanosti voica. Geometrijski odnos klizaa (pokretnog dijela) i voice (stacionarnog dijela) sa osnovom maine odreuje geometrijsku tanost maine. Kinematska tanost zavisi od odstupanja od pravosti, ravnosti i paralelnosti voica. Ova odstupanja dovode do mnotva prateih greaka kao to su greke u koraku, putanji, ili obrtaju to je teko izmjeriti i ispraviti. Takoer, tokom dueg rada maine moe doi do habanja voica to smanjuje tanost vodeeg kretanja rezultujui tako greku u kretanju i pozicioniranju.

Tokom obrade obradka, vrijednost translacionog kretanja (veliina pomjeranja) moe biti najmanje 20 mm/min, dok tokom operacija kretanja bez obrade kao to je na primjer pozicioniranje (veliina pomjeranja) i do 50 m/min. Tokom izrade voica treba obraditi panju na sledee:

tvrdou, sposobnost priguenja, geometrijsku i kinematsku tanost, brzinu klizanja, karakteristike i otpornost trenja, mogunost podeavanja zazora, zatitu od strugotine, itd.

Ovi faktori variraju u zavisnosti od primjene voica i prema tome izbor voica i njihove geometrije moe biti od kritine vanosti u pojedinim sluajevima. Relativni polojaj pogonskog mehanizma u odnosu na vodee strane klizaa je veoma vaan. U idealnom sluaju pogonski mehanizam bi trebalo da bude postavljen tako da otpor trenju i sila trenja u vodeem sistemu budu konstantni.

Postoje dva tipa voica a) voice sa trenjem, oblika: cilindrine, V-voice (prizmatine voice), ravne i voice u

obliku lastinog repa (primjena kod konvencionalnih alatnih maina, b) voice sa antifrikcionim linearnim kretanjem (LM) (primjena kod CNC alatnih

maina)

2.4.2.1. Voice sa antifrikcionim linearnim kretanjem

Ove voice se koriste kod CNC alatnih maina da bi :

a) smanjile habanje, b) obezbjedile mirno kretanje, c) smanjile trenje, d) smanjile generisanje toplote


17

Antifrikcione voice se takoer koriste da bi se prevaziao relativno visok koeficijent trenja kod kontakta metal--metal. One koriste kotrljajue elemente izmeu pokretnih i nepokretnih dijelova maine i u odnosu na voice sa trenjem obezbeuju slijedee prednosti:

a) mali otpor trenju, b) jednostavnost montae, c) komercijalno se isporuuju u stanju spremnom za ugradnju, d) sposobnost noenja velikih optereenja, e) mogunost predoptereenja sa veim silama, itd.

U poreenju sa voicama sa trenjem glavni nedostatak ovih voica je njihova mala sposobnost priguenja. Proizvoai maina alatki koriste vie konstrukcionih opcija za voice sa antifrikcionim linearnim kretanjem i to: recirkulacionom posteljicom, linearne leajeve sa kuglicama i valjcima kao recirkulacione voice sa antifrikcionim linearnim kretanjem, recirkulacione valjkaste leajeve i poprene valjkaste leajeve. Iako rotirajui elementi leajeva imaju slabije karakteristike priguenja od voica sa trenjem zbog vee brzine traverse voice sa antifrikcionim linearnim kretanjem, se vie koriste.

Recirkulaciona posteljica

Na slici 2.6. prikazana je konstrukcija sa recirkulacionom posteljicom. Proizvoai na tritu nude zaptivene i nezaptivene voice, to je prikazano na slici 2.7. Najtanija tolerancija vratila za neke aplikacije iznosi 0.005 mm.

Slika 2.6. Detalj unutranje konstrukcije recirkulacione posteljice

Slika 2.7. Zatvoreni i otvoreni tipovi recirkulacione posteljice

2.4.2.2. Linearni leajevi sa kuglicama i valjcima

Veliki broj CNC alatnih maina uglavnom koriste valjke da bi obezbjedili kretanje kotrljanjem. Valjci se kotrljaju preko voica koje su izraene na odlivku maine. One veoma efikasno obezbjeuju mirno i lako kretanje, ali zahtevaju tanost forme pri izradi na odlivku. Povrine koje su u kontaktu sa valjcima treba da budu kaljene.

Da bi smanjili problem izrade i tanosti forme, na postolju maine mogu da budu privrene okaljene eline ine sa specijalizovanim oblikom za voenje, a du ina se pokree po par specijalnih blokova sa recirkulacionim kuglicama. Kuglice obezbeuju kretanje kotrljanjem i


18

sve dok kontaktna forma ina odgovara formi kuglica postojae kontakt po liniji izmeu kuglica i ina. Ovim postupkom je smanjen koeficijent trenja. Ove voice zahtevaju izuzetno preciznu izradu.

Razliite forme linearnih voica su prikazane na slici 2.8, dok je primjena i metode montiranja ovih voica objanjena na slici 2.9.

Slika 2.8. Razliite forme linearnih voica

Korienje jedne ine Krienje dve ine pri emu se LM blok kree

Krienje dve ine pri emu se LM ina kree Korienje dve ine jedne naspram druge

Slika 2.9. Primjena i metode montiranja linearnih leajeva

2.4.2.3. Ostale voice

Pored konvencijalnih tipova voica u upotrebi su kod CNC alatnih maina i sledei tipovi voica

a) hidrostatike b) aerostatike voice

Kod hidrostatikih voica povrina klizaa je odvojena od voice veoma tankim filmom fluida pod pritiskom veim od 300 bara. Uljni film se pri kretanju odrava uz pomo spoljnjeg hidraulinog agregata koji stvara odgovarajui pritisak. Pozitivan zazor izmeu voica je kontrolisan i mali je, ili ne postoji u stacionarnom stanju kada maina ili agregat ne rade, a stvara se smo pod dejstvom pritiska ulja. Habanje trenjem su u potpunosti eliminisani. Uz

pomo ovih voica dobija se visok stepen dinamike krutosti i priguenja pa obje ove karakteristike doprinose dobrim sposobnostima obrade. Upotreba ovih voica ograniena je visokom cijenom izrade i tekoama pri sastavljanju.


19

Kod aerostatikih voica kliza je podignut na jastuku koji se formira komprimovanjem vazduha, ime se u potpunosti razdvajaju kliza i povrina voica. Osnovno ogranienje ovih voica je njihova slaba krutost to ograniava njihovo koritenje samo na pozicionu upotrebu (maina za koordinatno mjerenje).

Izbor voica za pojedinu upotrebu u osnovi zavisi od zahtjeva nosivosti, priguenja i brzine traverse. Stoga se, zbog ispravnog i komecijalno opravdanog izbora voica, navodi nekoliko karakteristika koje voenje treba da ispuni. Uporeivanje je vreno za dvije vrste voenja: klizno i korljajno to se vidi iz tabele 2.1. Tabela 2.1. Uporedne karakteristike voenja

Osobine Klizno voenje Kotrljajno voenje

Priguenje vibracija Dobro Loe

Tanost voenja Dobro Srednje

Opseg broja obrtaja irok Srednji

Trokovi odravanja Veliki Srednji

Mogunost hlaenja Velika Srednja

Pogonska sigurnost Slaba Visoka

Algoritam za izbor odgovarajueg tipa linearnog leaja sa kuglicama dat je u daljem tekstu. Ovaj algoritma je dao jedan od velikih proizvoaa linearnih leajeva THK.


20


21

2.4.3. Pogoni za glavno kretanje alatnih maina

Na slici 2.10. je data podjela elektro i hidraulinih motora za ostvarivanje glavog kretanja alatnih maina.

Slika 2.10. Vrste motora za glavno kretanje alatnih mainaa

Prednosti primjene elektromotra za glavno kretanje su: vei ivotni vijek, vei stepen iskoritenja, smanjena proizvodnja toplote a prednosti primjene hidraulinih motora su: mogunost brzog ubrzanja i nie efektivne teine.

Prednosti istosmjernih elektromotora su:

relativno dobra dinamika rada konstantan rad, nizak nivo buke, irok opseg telovanja broja obrtaja, jednostavno upravljanje, itd,

Sinhroni motori se u odnosu na istosmjerne motore odlikuju sa viom dinaminou i mogu se sa njima postii visoki brojevi obrataja. A osnovne karakteristike asihronih motora su:

odravanje velikih brojeva obrtaja i pod optereenjem, niska cijena, jednostavna i kruta konstrukcija izvedbeno zamiljen kao standardni glavni pogon, itd.

Ipak, pogoni modernih alatnih maina sve ee se baziraju na direktnim pogonima integriranim u strukturu maine motorvretena, slika 2.11. Osovina motorvretena je ujedno i glavno vreteno alatne maine u kojoj je integrirana vuna poluga sistema za prihvat alata, slika 2.12.

Zahtjev za postizanjem visokih brzina obrade dovodi do niza projektnih rjeenja vretena maina za obrade velikim brzinama. Tako da pogone viskobrzinskih vretena moemo svrstati u dvije osnovne grupe:

a) vretena sa integriranim motorom tj. HS MOTORVRETENA i b) visokobrzinski motori za pogon viskobrzinskih komponenata HS MOTORI


22

a) b)

Slika 2.11. Prikaz HSK sistema stezanja alat

Stalno je prisutna tenja za projektovanjem alatnih maina sa sve veim brojem obrtaja reznog alata ili radnog predmeta. Tu postoji niz ograniavajuih faktora koji definiraju mogunosti realnog porasta brzine obrtaja, te niz poremeaja sistema: maina-alat-obradak, o kojima treba voditi rauna pri projektovanju sistema za glavno kretanje. Za potrebe visokobrzinske obrade u posljednjih nekoliko godina najee se koriste glavna vretena sa integriranim motorom tzv. motorvretena. Oni su toliko sada razvijeni, da sve vie istiskuju konvencionalne pogonske motore. Ovi motori nemaju klizne kontakte, pa osim leajeva nema drugih dijelova koji su izloeni mehanikom troenju. Nedostatak im je to integrirani motor stvara dodatnu toplotu u vretenu. Ve u samom razvoju motorvretena potrebno je definisati sve mogue opcije (funkcije) za izbor projektnog rijeenja te analizirati sve funkcije ogranienja i mogue poremeaje sistema i procesa (slika 2.12.).

Slika 2.12. Funkcije pri razvoju visokobrzinskog motorvretena


23

U tabeli 2.2. su date varijante parcijalnih funkcija:

Tabela 2.2. Varijante moguih rjeenja parcijalnih funkcija

Naime, glavni zahtjevi motorvretena su visoka tanost u radu, velik broj obrtaja, vea snaga, visoka krutost, niska pogonska temperatura te visoka pouzdanost. Neki od ovih zahtjeva su u

suprotnosti jedni s drugima. Iz ovog razloga ne mogu svi biti istovremeno ispunjeni. Stoga je

vano da se kod razvoja motorvretena zahtjevi tano razmatraju i vrednuju s obzirom na potrebe i pogonske uslove. Uzimajui u obzir zahtjeve i karakteristike koje treba imati obradni sistem, pri izboru visokobrzinskog motorvretena potrebno je izmeu ostalog rijeiti slijedee:

a) Izbor i predoptereenja leajeva

Zavisno o zahtjevima, za visokobrzinska vretena alatnih maina koriste se razliiti tipovi leajeva: kotrljajui, hidrodinamiki, hidrostatiki, aerostatiki i elektromagnetski leajevi. Za velike brzine primjenjene u savremenoj tehnologiji, danas se najee koriste visokoprecizni kuglini leajevi s kosim dodirom i sa keramikim kuglicama. Naime, keramiki leaji u metalnom kuitu (hibridni leaji) se odlikuju manjom masom i veom krutou. Za visokobrzinsko glavno vreteno je bitna obodna brzina leaja prednjeg uleitenja, koja moe iznositi i do 200 m/s. Prema najnovijim saznanjima sa kuglinim hibridnim leajevima i sa ugaonim kontaktom uz sistem minimalnog podmazivanja ubrizgavanjem ulja i zraka, mogue je postii brzine opisane DN brojem i do 3 . 106 mm/min.

Sljedei problem koji je potrebno definisati je predoptereenje (prednaprezanje) leajeva. Predoptereenje leajeva postie se na tri naina: ugradbenim tolerancijama, oprugama i hidrauliki. Ono se vri nakon ugradnje, i slui za usklaivanje djelovanja aksijalnog optereenja na jedan leaj prema aksijalnom optereenju suprotnog smjera na drugi leaj. Ovo je vaan faktor u postizanju vee krutosti leajeva, a time i vee krutosti cijelog obradnog sistema. Pri definisanju veliine predoptereenja potrebno je uzeti u razmatranje i porast radne temperature. Veliina prednaprezanja je jako vana, jer se u sluaju slabog prednaprezanja ne postie dobra krutost vretenita, a u sluaju prevelikog prednaprezanja ne moe se postii


24

veliki broj obrtaja vretena. Zapravo, veliina predoptereenja treba biti tolika, da se pod djelovanjem sila rezanja ne pojavi zranost u leajevima. Pojava zranosti u uleitenju glavnog vretena uzrokovala bi smanjenje krutosti i oscilacije, to bi smanjilo tanost obrade, povealo troenje rezne otrice alata i pogoralo hrapavost obraene povrine. Mnogobrojnim eksperimentima je potvreno da krutost sistema raste sa inicijalnim predoptereenjem prednjeg uleitenja uz prikladno hlaenje i podmazivanje.

b) Regulacija brzine obrtaja

Da bi se ostvarili optimalni reimi obrade tj. kontinuirana promjena brzine obrtaja uz to vei obrtni moment za savladavanje sila rezanja a uz stalnu snagu, vrlo je vaan sistem regulacije broja obrtaja. Regulacijski ureaj sastoji se od programabilnog i regulacijskog modula. Programabilni modul, odnosno mikroprocesor slui za regulaciju parametara kao to su:

vrijeme ubrzavanja,

snaga,

broj obrtaja,

granini broj obrtaja,

zatita od predgrijavanja,

zatita od predoptereenja.

U novije vrijeme, razvojem elektronike, se najvie koriste sistemi regulisanja uestalosti obrtaja promjenom frekvencije i napona napajanja. Regulacijski modul vri regulaciju frekvencije i napona zbog odravanja povoljnih mehanikih karakteristika visokobrzinskog motorvretena. Digitalni signal iz regulacijskog ureaja alje se u motor. Postoji jo i povratna veza iz motora u regulacijski ureaj koja alje podatke o temperaturi, frekvenciji obrtaja i o uglu zakretanja.

c) Uravnoteenje glavnog vretena i alata

Jedan od vanijih zahtjeva tj problema pri primjeni visokobrzinskih obrada je pitanje uravnoteenja glavnog vretena i alata. Neuravnoteenost sistema moe dovesti do velikog troenja alata, smanjenje tanosti dimenzija i oblika, te loije obraene povrine, pa ak u ekstremnom sluaju i do zakazivanja vretena. Radi ublaavanja navedenih posljedica treba uravnoteenjem poboljati raspodjelu masa vretena i alata. Ostvarivanje ovog cilja je ogranieno tehnikim i ekonomskim zahtjevima, pa je potrebno utvrditi visinu neuravnoteenosti. Ovaj problem je velika prepreka kod industrijskog koritenja visokobrzinske obrade. Tim vie, to problemi vibracije radi zaostalih neuravnoteenosti nastupaju tek u primjeni kod korisnika, a uzroci mogu biti kako vreteno, tako i sistem stezanja

alata.

Pri izboru pojedinih funkcija pogonskog sistama potrebno je voditi rauna i o interakciji pojedinih funkcija kao npr: pogonski motorzagrijavanjeuleitenje-prihvat alata itd.

d) podmazivanje i hlaenje motor vretena

Iako je trenje u kotrljajaim leajevima relativno maleno, leajevi se moraju podmazivati. Najei sistem podmazivanja motorvretena je pomou specijalnih agregata za ubrizgavanje smjese ulje-zrak. Ulje se impulsno ubrizgava u veoma malim koliinama sa komprimiranim zrakom i tako se stvara uljna magla kojom se podmazuju leajevi. Prednost ovog sistema podmazivanja je da protok zraka pomae odstranjivanju neistoa sa vretena.


25

Poto je motorvreteno glavni izvor toplote a rezni alat je u direktnom kontaktu sa vretenom potrebno je intenzivno hlaenje, i temperatura motorvretena mora biti kontrolisana. Hlaenje se moe vriti zrakom, uljem, ali najee se koristi hlaenje vodom.

2.4.4. Pogoni za pomono kretanje alatnih maina

Kod alatnih maina sljedei pogoni posminih sistema se primjenjuju: a) Hidrauliki CNC pogoni b) Sistemi sa servo motorima i c) Sistemi sa linearnim motorima

Zapravo, da bi se mogao iskoristiti posebno potencijal visokobrzinske obrade potrebna su i

adekvatna rjeenja sistema za pomona kretanja koja trebaju ostvariti:

visoke posmine brzine, visoka ubrzanja, visoke dinamike tanosti putanje alata.

Danas se kod savremenih obradnih sistema za visokobrzinske obrade koristi direktan pogon

pomonog kretanja koji je zasnovan na primjeni linearnih motora (slika 2.13.), koji, uveava brzinu i ubrzanje, poveava tanost pozicioniranja i ponavljanja, poveava pouzdanost, (kod ovih motora nema mehanikih prijenosnih elemenata, osim vodilica, pa nema ni mehanikog troenja) i znatno poboljava odnos maksimalne sile i otpora trenja. Direktni pogon se najee integrira u konstrukciju posminih osi, dok se za voenje upotrebljavaju profilirane vodilice. Dananji inovacijski skok maina sa linearnim direktnim pogonom omoguuje dosljednu primjenu visokobrzinske tehnologije glodanjem sa brzinama posmaka i do 150

m/min, a ubrzanja do 40 m/s2 i preciznost pozicioniranja od 1 m. Kretanje se ostvaruje preko

noenja magnetskim poljem tako da nema direktnog kontakta, izmeu kliznih povrina. U vezi sa visokom rezolucijom mjernog sistema, linearni motorni pogon dozvoljava vrlo visoku

kvalitetu sinhronizacije koja se treba ostvariti. Devijacija brzine je ispod 1% u cijelom

podruju kretanja.

Slika 2.13. Linearni pogoni za posmina kretanja


26

Za posmina kretanja kod alatnih maina se koriste Torque notori. Torque ili jednostavno reeno moment obrtaja; to je nova ciljna veliina inovativne gradnje modernih komponenata alatnih maina.

Linearni pogonski motori ve su pokazali sve svoje prednosti u visokobrzinskim i visokodinaminim alatnim mainama. Oni vode vrlo uspjenu kampanju protiv mehaniki pogonjenih komponenata alatnih maina. Potporu im pruaju brzi i sposobni raunarski sistemi sa vrlo preciznim regulacijskim krugovima. Torgue motori nastali su namotanjem linarnih motora na kruni vijenac. Na ovaj nain dobiven je dinamian sinhroni motor za zahtjevna dinamika rotaciona kretanja.

Na bazi Torque pogona mogu je razvoj, projektovanje i izrada visokodinamikih komponenata alatnih maina kao to su zakretni stolovi, rotacione glave, zakretai paleta nesluene dinamike. Ovi pogoni bez zranosti, bez troenja zupanika i punih prijenosa omoguuju ponudu visokodinaminih komponenata nove generacije, produenog vijeka trajanja i niskog nivoa simetrinog zagrijavanja.

Komponente se izvode sa davaima koji osiguravaju upotrebu SIEMENS, INDRAMAT, itd. regulatora i CNC upravljanja.


27

2.4.5. Upravljanje i regulacija pogonskih sistema

Na slici 2.14. su prikazani osnovni koncepti numeriki upravljanih osa.

a)

b)

Slika 2.14. Numeriko upravljana osa_koncept

Na slici 2.15 je prikazana struktura konvencionalnog pristupa NC pogona sa jednom osom.

Slika 2.15. Konvencionalni pristup NC pogona jedne ose

2.4.5.1. Direktno numeriko upravljanje (DNC) .

Alatne maine je mogue upravljati pojedinano, grupno i kao dijelom integralnog proizvodnog sistema. Potreba za istovremenim upravljanjem vie maina dovela je do razvoja DNC sistema upravljanja. DNC mora zadovoljiti slijedee funkcije: a) osnovne funkcije (upravljanje NC programima tj. itanje programa, spremanje u memoriju,

izvoenje i brisanje programa, itd.) b) dodatne funkcije:

Upravljaki raunar

Kontroler AC servo

pogona (regulacija brzine) AC servo

motor


28

editiranje NC programa, unoenje NC programa, spremanje i obrada proizvodnih podataka, upravljanje tokom materijala, upravljanje proizvodnjom, itd.

Prednosti DNC u odnosu na konvencionalno NC upravljanje su:

poveana produktivnost (bra obrada i dostupnost informacija, smanjenje papirologije, itd.)

prjenos velikog broja podataka (veliki memorijski kapacitet), stalni nadzor stanja: proizvodnje, maine, alata, naprave, itd.

Naini povezivanje NC/CNC alatnih maina pomou DNC sistema upravljanja zavisi o financijskim mogunostima kao i zahtjevima koje stavljamo pred DNC sisteme. Postoje sljedee varijante povezivanja alatnih maina:

a) Povezivanje do 8 maina u sluaju malih (max.20m) udaljenosti izmeu maina i raunara uz minimalne instalacijske i hardverske trokove putem serijske veze RS-232 (serijska kartica 8 portova), slika 2.16.

Slika 2.16. DNC sistem sa osam maina

b) Povezivanje NC/CNC alatnih maina. putem instalisane mree pri emu serijski

portovi (Comserver) omoguavaju

povezivanje mree i maina putem

RS-232 veze, slika 2.17.

Slika 2.17. Povezivanje NC(CNC alatnih maina. putem instalisane mree


29

c) Beino povezivanja NC/CNC alatnih maina, slika 2.18.

Slika 2.18. Beino povezivanje CNC alatnih maina

2.4.5.2. Sistemi adaptivnog upravljanja

Analizirajui obradni proces na temelju klasinog NC upravljanja evidentna je neosjetljivost obradnog sistema na poremeajne uticaje koje prate svaki proces obrade. Ovo proizlazi iz koncepta NC sistema koje nema funkciju izmjene parametara ovisno o uvjetima obrade kao

vremenske funkcije, tj. unaprijed programom definisane vrijednosti parametara ostaju na

istom nivou neovisno o vremenu i poremeajnim karakteristikama obrade. Klasino NC nije doputalo prilagoavanje (adaptiranje) trenutnim uvjetima obrade to je dovelo do stvaranja adaptivnih sistema koji imaju funkciju povratne veze. Zapravo, ograniene mogunosti numerikog upravljanja u smislu fleksibilnosti i optimizacije obradnog procesa dovele su do razvoja novog koncepta upravljanja nazvanog ADAPTIVNO UPRAVLJANJE (AC).

Adaptivno upravljani proces za podlogu ima NC sistem proiren (senzori) dodatnim modifikacijama koje omoguavaju varijaciju reima rezanja u toku obrade a u cilju postizanja unaprijed definisanih kriterija ovisno o koritenom adaptivnom sistemu, slika 2.19.

Prema zadatku i nainu djelovanja, upravljani sistemi se mogu uvjetno podijeliti u dvije grupe:

1) Tehnoloki sistem Adaptivno granino upravljanje (ACC Adaptive Control Constraint) Adaptivno optimalno upravljanje (ACO Adaptive Contro Optimization)

2) Geometrijski sistem

Adaptivno geometrijsko upravljanje (ACG Adaptive Control Geometry)

Adaptivno upravljani sistemi omoguuju registriranje veliine uticajnih faktora, ime se osigurava mogunost prilagoavanja elemenata reima obrade, npr. broj obrtaja, posmak, dubina rezanja, itd., kompenzirajui djelovanje uticajnih parametara radi smanjenja proizvodnih trokova ili poveanja kvaliteta obrade, itd.. Uticajni parametri mogu biti:


30

odstupanje vrstoe obratka od predvienog, razne pukotine u pripremku, promjena tvrdoe alata, netanost uglova alata, oscilacije maine, itd. Izgradnja sistema AC je veoma sloen zadatak jer obuhvata veliki broj parametara i ogranienja (slika 2.20) za to su potrebni pouzdani regulatori, senzori, itd. Krajnji cilj AC je postizanje viih tehnoekonomskih efekata i postoje dva osnovna koncepta:

a) deterministiki i b) stohastiki

Slika 2.19. Sistem adaptivnog upravljanja

Slika 2.20. Uticajni faktori na sistem adaptivnog upravljanja

a) Adaptivno granino upravljanje (ACC)

ACC ima zadatak da ostvari maksimalno mogue elemente reima rezanja i njihovo

odravanje, a da pri tome ne doe do prekoraenja graninih vrijednosti koje se odnose na

alatnu mainu i proces rezanja. Proces upravljanja se sastoji u snimanju stvarnog stanja

procesa rezanja i automatskog mijenjanja upravljakih veliina, sve dok se stvarna vrijednost

ne izjednai sa traenom vrijednou. Praenje stanja optereenosti moe biti izvedeno preko

CNC alatna

maina i

proces


31

vie mjernih veliina. Mjerene veliine mogu biti: sila rezanja, obrtni moment, snaga, itd.

Traene granine veliine zadaje tehnolog, ovisno o maini i obradnom procesu. Kao

upravljane veliine za regulisanje optereenja mogu biti: posmak, dubina rezanja, broj obrtaja,

itd. Na slici 2.21. je prikazan osnovni koncept ovog sistema kod obrade struganjem.

Slika 2.21. Osnovni koncept ACC kod obrade struganjem

Za granino adaptivno upravljanje je bitno poznavanje ovisnosti izmeu mjernih i upravljakih veliina, koja su najee komplicirana i esto se ne mogu izraziti eksplicitnom jednadinom nego je potrebito provesti eksperimentalna istraivanja. Granino adaptivno upravljanje moe izvriti slijedee zadatke:

upravljanje procesom prema zadanoj graninoj vrijednosti, izvoenje praznog hoda brzim posmakom, zatita od preoptereenja, automatska promjena dubine rezanja u toku obrade.

Prednost ovog naina adaptivnog upravljanja je u smanjenju trokova putem smanjenja

glavnog, pomonog i pripremnog vremena uz maksimalnu zatitu maine.

b) Adaptivno optimalno upravljanje (ACO)

ACO ima za cilj odvijanje procesa obrade u uvjetima koji odgovaraju optimalnoj radnoj taki ili krivoj, odreenoj prema ekonomskim i/ili tehnikim kriterijima. Kriteriji mogu biti: minimalni trokovi obrade ili maksimalna proizvodnost.

Zadatak optimalnog adaptivnog upravljanja se sastoji u izboru vrijednosti brzine rezanja,

posmaka, dubine rezanja s ciljem postizanja eljenog optimuma za navedena ogranienja (snaga,moment), tj. da se proces odvija u prostoru optimalnih rjeenja, slika 2.22. Kako bi se dobila samo realna rjeenja potrebno je uvesti ogranienja vezana za: Mainu (krutost,snaga,moment) Alat (vijek trajanja, VB) Obradak (hrapavost, obradivost).


32

Slika 2.22. Primjer odreivanja optimalnih upravljakih veliina

d) Adaptivno geometrijsko upravljanje (ACG)

ACG ima za cilj ostvariti visoku tanost dimenzija i oblika obratka. Sistem sa geometrijskim

adaptivnim upravljanjem ima jedan ili vie mjernih sistema za mjerenje karakteristinih

veliina, koje direktno ili indirektno utiu na tanost dimenzija i oblika. Preko regulacionog

ureaja se koriguje relativni poloaj izmeu obratka i alata ili se utie na elemente reima

rezanja kako ne bi dolo do prekoraenja tolerancije dimenzija i oblika. Na slici 2.23. je

prikazan princip ACG pri mjerenju dimenzija u procesu rezanja.

Slika 2.23. Princip ACG pri mjerenju dimenzija u procesu rezanja

2.4.6. Mjerni sistemi glavnih pogona Na glavnom pogonu CNC alatnih maina se mogu montirati jedan od sljedea dva mjerna sistema:

digitalni-direktni-apsolutni mjerni sistem (HEIDEIHMAN) i digitalni-indirektni-inkrementalni mjerni sistem (BALLUF).


33

Na slici 2.24 je prikazan princip montae mjernih sistema za kontrolu obrtnog i pravolinijskog kretanja alata odnosno obradka. Osnovna razlika kod primjene linearnih mjernih sistema i

rotacijskih mjernih sistema (enkodera) to linerani mjerni sistemi u povratnu petlju ukljuuju i posmini pogon.

a) b)

Slika 2.24. Princip montae mjernih sistema (enkodera)

2.4.6.1. ENKODERI

Enkoderi su mjerni pretvarai ugaonog ili linearnog pomjeraja. Mogu biti

a) inkrementalni enkoderi i b) apsolutni enkoderi

Kod CNC alatnih maina najee se koriste ugaoni enkoderi. Postoje slijedee konstrukcione izvedbe:

a) Ugaoni enkoderi sa integralnim leajem, upljim vratilom i integriranom statorskom spojnicom;

b) Ugaoni enkoderi sa integralnim leajem, za zasebne spojnice vratila; c) Ugaoni enkoderi bez integralnog leaja

Primjeri upotrebe ugaonih enkodera su:

radni stolovi alatnih maina, okretne (krune-rotacione) glave alatnih maina, C-ose na nosaima alata, mjerne maine sa zupanicima, spektrometri, teleskopi, itd.

a) Ugaoni enkoderi sa integralnim leajem, upljim vratilom i integriranom statorskom spojnicom

Karakteristike i prednosti su:

Kompaktna izvedba i vrlo mali prostor potreban za ugradnju, pogodni i za dinamika optereenja, uplja vratila do 100 mm za provoenja vodova napajanja, Jednostavna montaa segmentna rjeenja, itd.


34

b) Ugaoni enkoderi sa integralnim leajem, za zasebne spojnice vratila

Namjena i osnovne karakteristike su:

pogodne za vee brojeve obrtaja glavnog vretena, vee tolerancije ugradnje, aksijalne tolerancije i do 1mm, itd.

c) Ugaoni enkoderi bez integralnog leaja

Namjena i osnovne karakteristike su:

veliki prenici upljeg vratila (do 10 m), veliki broj obrtaja (do 20.000 min-1), bez dodatnog poetnog obrtnog momenta na vratilu, segmentna rjeenja, itd

2.4.6.2. Mjerne glave za CNC alatne maine

Za kvalitetniji rad i veu iskoristivost CNC alatnih maina neophodna je i oprema za brzo i precizno mjerenje dimenzija reznih alata (prednamjetanje reznih alata van prostora alatne maine) kao i kontrolu izradaka. Potreba za brzim i preciznim mjerenjem alata i izradaka je sve vie prisutna u priovodnom mainstvu zbog poveanja kvaliteata, konkurentnosti, automatiziranje procesa obrade, itd. Princip rada mjernih glava moe se objasniti u slijedea etiri koraka:

Mjerne glave koriste se za mjerenje komplikonane geometrije izradaka, kontrolu izradaka na

samoj maini uz automatsko podeavaje odstupanja te mjerenje poloaja i dimenzija reznih alata kao i ofseta pripremaka. Tako da upotrebom mjernih glava smajujemo pripremno

vrijeme obrade kao skupe zastoje alatne maine uz smanjenje karta (zbog runog podeavanja), itd. Na slici 2.25. je prikazana prednost upotrebe mjernih glava za podeavanja i kontrolu uobiajne proizvodnje razliitih mainskih elemenata.

a) runo podeavanje b) Podeavanje pomou MJERNIH GLAVA

Slika 2.25. Prednost upotrebe mjernih glava

dr.sci. Ahmet eki CNC ALATNE MAINE

35

2.4.7. NADZOR I DIJAGNOSTIKA CNC ALATNIH MAINA I OBRADNIH SISTEMA

Da bi alatna maina ili obradni sistem mogao raditi funkcionalno (sa to manje zastoja) potrebno je nadzirati:

a) proces, b) alat i c) mainu ili obradni sistem,

Za dijagnosticiranje pogreaka procesa potrebna je ugradnja razliitih senzora i instrumenata:

senzori sile senzori dodira mjerai vibracija mjerai jaine zvuka razni elektroniki instrumenti, itd.

Na slici 2.26 su prikazani najvaniji parametri nadzora procesa odvajanjem estica (strugotine), u tabeli 2.1 sistemi nadzora reznog alata i na slici 2.27 jedan od naina nadzora procesa.

Slika 2.26. Nadzor procesa


36

Tabela 2.1. Sistemi nadzorareznog alata

SISTEM NADZORA REZNOG ALATA

Mjerenje za vrijeme glavnog vremena obrade

Mjerenje izvan glavnog vremena obrade

Vrsta smetnje Nadzor strujom motora

Kontrola izdrljivosti

Nadzor alata mjerenjem sile

Zakretno ticalo

Optiko mjerenje

Posebno optiko mjerenje

Istroenje (normalno)

Privremeno istroenje

Podrhtavanje

Naljepak

Potpuni lom

Pogrean alat

Pogrene izmjere (duina, prenika)

Pogreni rezni podaci

Legenda: prikladan, uvjetno prikladan, dograivan, uvjetno dograivan

Slika 2.27. Nadzor procesa


37

2.4.8. UVJETI ZA KONKURENTNIJI NAIN PROIZVODNJE

Veoma je vano pratiti stanje vlastitih kapaciteta proizvodnje s obzirom na njihovo iskoritenje, kvalitet proizvoda te njihov uticaj i prikladnost na rastue zahtjeve savremenog trita. Konkurentna sposobnost i mogunost ostvarivanja profita glavni je zadatak svake proizvodnje, koju treba dinamiki pratiti i prilagoavati zahtjevima potranje. Zapravo, savremena tehnologija utie na razvoj alatnih maina i obradnih sistema kroz implementaciju slijedeih komponenti:

kontrola temperature glavnog vretena, automatska kompenzacija istroenja alata, unos korekcije za alate, nadzor nad istroenjem i lomom alata, automatska izmjena alata, obradaka i pribora, automatsko stezanje obratka u radnom prostoru maine, automatski transport alata, obradaka i pribora, ienje i odvod odvojenih estica, pranje, suenje i hlaenje obradaka, optimiranje reima obrade, simulacija tehnolokog procesa, poveanje snage i uestalosti obrtaja glavnog vretena (novi rezni alati i visokobrzinska

obrada),

preventivno odravanje, samoodravanje uz dijagnosticiranje i signalizaciju s jasnim tekstom opisa smetnji,

kontrola glavnog, te pomonog kretanja numeriki upravljanih osa pomou raunarske obrade podataka, itd.

Rezultat razvoja alatnih maina je implementacija i fleksibilnih obradnih sistema koji predstavljaju grupu numeriki upravljanih alatnih maina (obradnih modula) ili obradnih centara, sa ureajem za pranje, suenje i hlaenje, mjernim ureajima, spremitem alata i obradaka (palete), stanicom za ulaganje i odlaganje te upravljakim sistemom, povezanih zajednikim transportnim sistemom obradaka.

Inae, priprema numeriki upravljanih alatnih maina i obradnih sistema sastoji se od projektovanja tehnologije, programiranja, prednamjetanje alata, izbora steznih i kontrolnih naprava, itd. kako bi pomona vremena bila smanjena na najmanju moguu mjeru, te izbora alata i tehnologije rezanja koja e znaajno smanjiti glavno vrijeme obrade.

2.4.8.1. UREAJI ZA PREDNAMJETANJE REZNIH ALATA

Prednamjestiti rezni alat znai unaprijed, tj. prije obrade izmjeriti odgovarajue dimenzije otrice reznog alata ili namjestiti otricu reznog alata na potrebne mjere, kako bi koriten u obradi na alatnoj maini osigurao uspjean i siguran rad, slika 2.28. Ureaj za prednamjetanje reznih alata je jeftiniji od alatne maine.

Osnovni dra reznog alata se sastoji od:

dijela za ulaganje, namjetanje i stezanje reznog dijela alata, dijela za kodiranje, koji nosi informacije o alatu, ili IC-chip u koji se unose podaci o reznom

alatu i parametrima prednamjetanja,


38

prihvatnog dijela (SK, HSK, DIN, itd.) za ulaganje u glavno vreteno, ureaj za prednamjetanje ili spremita alata,

dijela za stezanje i prijenos obrtnog momenta, otvora za dovod SHIP-a na rezno mjesto, itd.

Slika 2.28. Kalibracija osnovnog draa alata

Novi ureaji za prednamjetanje imaju mogunost oitanja, printanja izmjerenih vrijednosti parametara alata (prenik, duina, itd), te mogu imati direktnu vezu s upravljakom jedinicom alatne maine, kojoj prenosi podatke o alatu i prednamjetenim veliinama. Ureaj za prednamjetanje moe biti on-line, povezan s upravljakom jedinicom CNC alatne maine, obradnog modula ili sistema, te posluiti radi utvrivanja veliine istroenja rezne otrice alata, u ciklusu automatske odluke o nastavku rada alata ili o njegovoj zamjeni.

Ureaj za prednamjetanje reznih alata je obino optiki s runim ili automatskim upravljanjem. Kod automatskog upravljanja u zaslonu su koordinatno ugraeni vodii, koji reagiraju na sjenu konture otrice alata. Ureaj za prednamjetanje obino se nalazi u alatnici ili pokraj maine, ovisno o tome koliko maina posluuje jedan ureaj.

Ureaji za prednamjetanje reznih alata s obzirom na namjenu, mogu biti:

a) specijalni b) univerzalni.

Specijalni ureaji za prednamjetanje obino dolaze uz mainu i dijele se na:

a) ureaje za prednamjetanje alata za obradu otvora i glodanja (prednamjetanje prenika i duine) i

b) ureaji za prednamjetanje alata za struganje (prednamjetanje poloaja otrice ili otrica alata u ravni, s obzirom na dra reznog alata ili na poloaj postavljenja).

Mjerenje na napravama i ureajima za prednamjetanje (slika 2.29) moe biti pomou:

a) ablona za prednamjetanje b) mikrometra c) komparatora d) optike e) elektronskih mjernih ureaja, itd.


39

Slika 2.29. Prednamjetanje reznih alata

Kvalitetan rad CNC maine, posebno obradnih centara i fleksibilnih obradnih sistema, zahtjeva prednamjetanje reznih alata van alatne maine. To je bilo, a jo uvijek i jest opravdano obzirom na poveanje iskoristivosti alatne maine, a i ekonomski, jer je cijena radnog sata na ureaju za prednamjetanje reznog alata znatno nia od cijene sata rada alatne maine za koji se prednamjetanje obavlja.

Danas je mogue prednamjetanje reznog alata izvriti u radnom prostoru same alatne maine, slika 2.30. Rezni alat uloen u glavno vreteno alatne maine privodi se vrstom mjernom ticalu kojim se utvruje referentna geometrija alata i prenosi u upravljaku jedinicu same maine. Takoer, u odreenim okolnostima je potrebno unutar obradnog prostora alatne maine, pomou mjernog ticala, izmjeriti odreene karakteristine mjere obratka. Za mjerenje obratka, poziva se iz spremita alata mjerno ticalo (npr. Renishaw) i postavi se u glavno vreteno alatne maine, i na taj nain se izvri mjerenje odreenih polaznih baza obratka ili/i alata.

Slika 2.30. Prednamjetanje reznih alata ili/i obradaka u radnom prostoru maine


40

2.4.8.2. AUTOMATSKA IZMJENA REZNIH ALATA CNC alatne maine, obradni centri i fleksibilni obradni sistemi opremljeni su spremitem alata i manipulatorom za automatsku izmjenu alata. Automatskom izmjenom alata postie se:

koncentracija operacija, koje se mogu obaviti u jednom stezanju obratka, skraenje pomonog vremena obrade, automatizovani rad alatne maine, fleksibilnost alatne maine, itd.

Automatska izmjena alata odnosi se na izmjenu pojedinanih reznih alata u glavnom vretenu alatne maine, slika . Osnovne pretpostavke za implementaciju automatske izmjene alata (razvoj podsklopova i elemenata) na alatnoj maini su:

adekvatni drai alata, kodiranje alata, prednamjetanje alata, adekvatni prihvat za polugu izmjenjivaa alata, adekvatno stezanje draa alata u glavno vreteno alatne maine i u ureaju za

prednamjetanje, manipulator za izmjenu alata, spremnik alata i pomono spremite alata, automatsko stezanje draa alata u glavnom vretenu, detekcija loma i istroenja rezne otrice alata, numeriko upravljanje alatnom mainom, itd.

Koliko se operacija obrade moe obaviti na CNC alatnoj maini ili obradnom centru ovisi o veliini spremita alata. Posebno, obradni centar moe imati nekoliko glavnih spremita alata, kao i pomono spremite alata. Pomono spremite alata sadri alate za proirivanje broja operacija ili duplikate alata, zbog automatske zamjene

koritenog ili istroenog alata u glavnom spremitu alata. Do zamjene alata u glavnom spremitu alata dolazi:

a) kada se eli poveati broj razliitih operacija obrade, pa se skine rezni alat koji je zavrio svoju funkciju i na njegovo mjesto ubacuje novi rezni alat za slijedee operacije,

b) kada se istroi rezna otrica nekog alata, pa ga treba zamijeniti novim.

Slika 2.31. Automatska izmjena reznih alata


41

2.4.8.3. AUTOMATSKA IZMJENA OBRADAKA Automatska izmjena obradaka, omoguuje skraenje pomonog vremena i autonomnost procesa, tj. rad bez operatera u viesmjenskom radu. Ovim se poveava iskoritenje CNC alatnih maina. Automatska izmjena obradaka izvodi se najee: pomou robota ili manipulatora za simetrino okrugle obratke, pomou paleta za prizmatine obratke, automatskim voenjem ipkastog materijala kod CNC strugova.

U tabeli 2.2. su dati naini izmjene obradaka na CNC alatnim mainama sa kriterijima primjene. Tabela 2.2. Naini izmjene obradaka

Red.

br.

Nain izmjene obratka

Primjer Kriterij primjene:

1 Kretanje stola

- mali stolovi - bez automatskog

povezivanja

2 Kretanje stuba

- veliki stolovi - teki obratci - bez automatskog

povezivanja

3 Izmjena palete

- za uklapanje u automatski

transportni sistem

4 Paletno

skladite

- koritenje maine u vie smjena

5 Izmjena obratka

robotom

- automatsko ulaganje okruglih obradaka

- ogranienje obzirom na jednake dijelove

6 Automatsko

voenje ipke

- dijelovi koji se obrauju iz ipke (struganje)


42

2.4.9. UPRAVLJAKA JEDINICA CNC ALATNE MAINE

Upravljaka jedinica CNC alatne maine (slika 2.32) sastoji se od monokromatskog ekrana (monitora), alfanumerike tastature, funkcijskih tipki, tipki za regulisanje posmaka, broja obrtaja, programskih tipki za definisanje alata, mainskih konstanti, itd.

Slika 2.32. Upravljaka jedinica (HAAS)

Pored ovog upravljaka jedinica posjeduje i dodatne cikluse (tabela 2.3) koji znaajno pojednostavljuju programiranje kao i upotrebu grafike simulacije kod verifikacije programa (mogue kolizije). Tabela 2.3. Definisani ciklusi na CNC alatnim mainama

Opis ciklusa Skica Opis ciklusa Skica

Ciklus za mjerenje

alata

Ciklus za predobradu i

zavrnu obradu

Ciklus za buenje

Ciklus za navoje


43

2.4.10. OSTALI VANIJI SKLOPOVI CNC ALATNIH MAINA

Vaniji dijelovi CNC alatnih maina (slika 2.33) na koje treba obratiti panju su i slijedei:

a) Hidraulini agregat (ima funkcije stezanja i otputanja izratka, blokiranje jahaa, pomaka pinole, impulsno podmazivanje kliznih staza, itd.),

b) Transporter strugotine (slui za odvoenje strugotine iz zone obrade do kontejnera kao i spremnik rashladne tekuine koja se preko magnetnog filtra ponovno uvodi u proces obrade),

c) Elektro ormar (nalazi se najee iza maine a u ormaru su smjeteni: dijagnostika, releji, elektrosklopovi, itd.).

Slika 2.33. Vaniji dijelovi CNC alatnih maina


44

3. KONCEPCIJSKE VARIJANTE CNC ALATNIH MAINA Vrste i varijante CNC alatnih maina su brojne (glodalice i obradni centri, strugovi i strugarski centri, builice, rezanje laserom, itd.). Najznaajniji pozitivni efekti primjene CNC alatnih maina su:

a) visok stepen fleksibilnosti (nezavisno od tipa proizvodnje), b) mogunost izrade dijelova vrlo sloenog oblika. c) visok stepen tanosti i kvaliteta proizvoda d) uticaj ljudskog faktora u proizvodnji sveden na minimum e) zastoji u proizvodnji i kart svedeni na minimum f) manji trokovi skladitenja g) upotreba novih standardnih reznih alata

Najkarakteristinija podjela CNC alatnih maina je prema broju numeriko upravljanih (NU) osa (slika 3.1.). Dijele se na CNC alatne maine sa:

a) Dvije ose b) Tri ose c) etiri ose d) Pet osa i e) est osa.

3-osni obradni centar 4-osni obradni centar 5-osni obradni centar

Slika 3.1. Vrste CNC alatnih maina prema broju NU osa

3.1. VIEOPERACIJSKE CNC ALATNE MAINE Vieoperacijske alatne maine su visokoautomatizovane numeriki upravljane alatne maine na kojima se u automatskom ciklusu rada, koji obuhvata izbor i izmjenu alata u zoni glavno vreteno -

spremnik alata, automatsko pozicioniranje obratka i alata, te stalna kontrola broja obrtaja, posmaka i

pomonih funkcija, obrauje obradak u jednom stezanju bez prekida automatskog rada nizom razliitih metoda obrade. Osnovne prednosti vieoperacijskih numeriki upravljanih obradnih maina su poviena ekonominost i fleksibilnost, to se odraava kroz:

znatno smanjenje ciklusa proizvodnje, znatno smanjenje pomonog vremena, smanjenje glavnog vremena obrade, posebno primjenom visokobrzinskih obrada, znatno smanjenje radne povrine i broja operatera i znatno poveanu tehnoloku, kapacitivnu i prostornu prilagodljivost, itd.

Vieoperacijske numeriki upravljane alatne maine mogu se podijeliti prema obliku obratka, koji se na njima mogu obraivati na:


45

obradne centre - za obradu prizmatinih obradaka: glodanjem, buenjem, struganjem i bruenjem,

strugarske centre - za obradu osnosimetrinih obradaka: struganjem, buenjem, glodanjem i bruenjem

brusne centre - za bruenje sloenih brusnih povrina.

3.2. CNC STRUGOVI

Ovisno o nainu stezanja obradaka na strugovima se mogu obraivati rotacijski i dijelovi koji nisu simetrini (koljenasto vratilo). Glavno kretanje (kruno) ostvaruje obradak stegnut u steznu glavu a u sluajevima pogonjenih alata glavno kretanje je kruno kretanje reznog alata.

3.2.1. OSNOVNA PODJELA STRUGOVA

Do danas podruje alatnih maina. se intenzivno razvijalo u konstrukcijskom i upravljakom dijelu pa shodno tome postoje i razliite podjele strugova. Osnovna podjela strugova je:

a) Prema poloaju radnog vretena (konstrukcijski): Horizontalni (horizontalno radno vreteno) i Vertikalni strugovi (karusel strugovi) koji mogu biti izvedeni kao jednostubni ili

dvostubni

b) Prema nainu upravljanja Klasini strugovi (univerzalni ili specijalni) Kopirni strugovi Poluautomatski Automatski strugovi Jednovreteni Vievreteni Ciklusni strugovi NC/CNC strugovi (standardni, specijalni, itd.)

.

c) Prema prema broju numeriki upravljanih (NU) osa: Dvije ose Tri ose etiri ose Pet osa est osa.

3.2.2. HORIZONTALNI CNC STRUGOVI

U metalopreraivakoj industriji najiru primjenu imaju slijedei CNC horizontalni strugovi (mogu imati od dvije do est numeriko upravljanih osa):

a) Strugovi sa tri ose imaju dodatnu osu koja se oznaava sa C. Dodatne mogunosti su joj popreno glodanje, izrada ljebova.

b) Strug sa etiri ose ima potpuno drugaiji koncept od onog sa tri ose. Programiranje struga se svodi zapravo na programiranje rada dva dvoosna struga istovremeno, gdje jedan obavlja

obradu vanjskih povrina, a drugi obradu unutranjih povrina.


46

c) Stugovi sa est osa su specijalni strugovi sa dva magazina alata te sa setom od tri ose po magazinu. Primjenjuju se za izradu vijaka i sl.

Osnovni elementi NC/CNC struga su prikazani na slici 3.2.

Slika 3.2. Osnovni elementi CNC struga

Standard ISO R841 definisao je pozitivne pravce za glavne ose X, Y i Z na osnovu pravila desne ruke (slika 3.3). Takoer i rotacijske ose A, B, C (pozitivan smjer kazaljke na satu) su definisani preko glavnih osa. Eventualna odstupanja od navedenog kao razlog mogu imati olakanje kod programiranja. Inae, bez znanja o postavkama osa na maini nije mogue programirati istu

Kod CNC strugova Z osa predstavlja osu radnog vretena dok smjer pozitivnog dijela X-ose zavisi o smjetaju nosaa alata (sa prednje ili zadnje strane). (Y-osa - uglavnom kod glodalica predstavlja pravac kretanja stola).

Slika 3.3. Pravilo desne ruke za definisanje pozitivnih pravaca kretanja kod CNC akatnih maina

Uvjet da bi strug postao strugarski obradni centar je i izvedba C ose (dodatna opcija). Na ovaj nain je omogueno da pored struganja se moe izvesti: glodanje, buenje sloenih profila u 2D i 3D interpolaciji, itd. Mjerni ureaj C-ose je rotacioni inkrementalni mjerni dava.


47

3.2.3. VIE SUPORTNI STRUGOVI

Strugovi neovisno jednovreteni ili vievreteni mogu imati vei broj suporta (nosaa alata): uzdunih, poprenih, krinih, itd. (slika 3.4). Zahvaljujui NC upravljanju mogue je sinhronizirano djelovanje suporta ovisno o zahtjevima obratka. Broj suporta i alata iskljuivo ovisi o veliini radnog prostora i potrebama obrade.

Slika 3.4. Vie suportni CNC strugovi

3.2.4. VIEVRETENI STRUGOVI

Prema broju vretena, strugovi se dijele na 2-3-4-5-6-8-ni strugovi (slika 3.5). Osnovna

karakteristika je da istovremeno moe raditi vie alata na svakom vretenu. Iz toga razloga veoma je bitna podjela obrade na operacije i zahvate i to tako da od poetnog do zadnjeg vretena je automatizirana obrada usklaenih vremena (priblino jednaka) na svim vretenima to dovodi do utede u pomonim vremenima. Takoer, ovisno o planu obrade mogue je istovremeno obraivati i vie istih ili vie slinih izradaka. Broj suporta (nosaa alata) ovisi o broju vretena.

Slika 3.5. Vie vreteni CNC strugovi

3.2.5. STRUGOVI SA SUPROTNIM VRETENOM

Na strugovima sa dva vretena (slika 3.6) ali suprotno postavljenim je mogua kompletna obrada kratkih i ipkastih izradaka u dvije stezne glave bez posredovanja radnika.


48

Slika 3.6. CNC strugovi sa suprotnim vretenom

3.2.6. STEZANJE REZNIH ALATA NA CNC STRUGOVIMA

Prvi strugovi sa revolverskom glavom kao nosaem alata imale su zajedniko ime revolverski strugovi. Revolverska glava za NC/CNC maine je postala standard za fiksni smjetaj alata za obradu (6, 8, 12, itd. pozicija). S obzirom na osu rotacije revolverske glave u odnosu na osu rotacije

obratka razlikujemo tri osnovna tipa (slika 3.7.):

a) osa revolverske glave paralelne osi rotacije (manji prostor ali i opasnost od kolizije), b) osa rotacije revolverske glave okomita na osu radnog komada (vei prostor, kolizija

izbjegnuta),

c) koso postavljena osa rotacije revolverske glave (kompromisno rjeenje).

Slika 3.7. Vrste revolverskih glava kod CNC strugova

Radni prostor CNC strugova (slika 3.8) definie se softverskim graninicima koji su u funkciji nakon to revolver glava (zakretanje u oba smjera) sa alatima ode u svoju referentnu taku (R).

Standard za revolversku glavu tj. nosa alata je DIN 69880. Razmjetaj alata mora biti takav da ne doe do meusobne kolizije (alat-stezna glava, - obradak). Ovisno o tipu alata mogue je dovoenje SHIP kroz alat (burgija) ili sa vanjske strane.


49

Slika 3.8. Radni prostor kod CNC struga i vrste draa alata ovisno o obradi

3.2.7. STEZANJE OBRADAKA NA CNC STRUGOVIMA

Sistem stezanja obradaka na CNC strugu zavisi od oblika i dimenzija obratka te traenog kvaliteta izradka. Kod automatizirane obrade na strugovima se koriste dostavljai ipki (bar feeding) koji imaju funkciju dopreme ipkastog ili profilnog materijala do stezne glave struga. Time je omogueno da jedan operater nadgleda cijeli proces. Za stezanje ipkastog materijala najkvalitetnije rjeenje je upotreba elastine stezne ahure koja omoguava brzo i kvalitetno stezanje (slika 3.9). Za stezanje dugakih komada na NC/CNC strugovima koriste se Linete i Konjii-Jahai, slika 3.10.

Slika 3.11. Sistem stezanja ipkastog materijala na CNC strugovima pomou eleasine ahure

Slika 3.10. Sistem stezanja dugakih komada na CNC strugovima

192354819 CNC Alatne Masine Prvi Dio 2011

Documents

Transcript of 192354819 CNC Alatne Masine Prvi Dio 2011