OBRADNI STROJEVI I OBRADNI SUSTAVIProf. Ciglar Literatura: Obradni sustavi R.Cebalo, D. Ciglar, A. Stoi, Zagreb 2005. (Ova predavanja su prepisana iz biljenice, pa postoji mogunost neke pogreke ili krivog tumaenja. Neke slike su uzete iz knjige Obradni sustavi, dok su ostale crtane kao shematski prikaz. Sastavili: Bedi, Jambrak, Krian, Medven, Ribari)

PREDAVANJADef.: Alatni stroj strojevi koji mogu izraivati sami sebe. Obradni sustav alatni stroj, rezni alat, obradak kontinuirana, diskontinuirana

Gibanja Rotacijsko (kruno) Translacijsko (pravocrtno)

glavno gibanje stvara se odvojena estica, najvei dio energije troi to gibanje (Vc=Dn) pomono gibanje posmino (Vf ) kontinuitet obrade odvajanjem estice dostavno (ap) dubina rezanja, primicanje, odmicanje, gibanje izvan obrade Obradom na alatnom stroju (AS) ostvaruje se: - zadani oblik izratka - potrebna tonost dimenzija i oblika - potrebna hrapavost obraene povrine - dobra kakvoa povrinskog sloja Podjela alatnih strojeva Prema postupku obrade odvojene estice (OO): - tokarenje - glodanje - buenje - piljenje postupci s reznim alatom s geometrijski odreenom otricom - blanjanje - provlaenje - bruenje - superfini postupci s reznim alatom s geometrijski neodreenom otricom - honanje - lepanje - EDM obrada - ECM obrada bez otrice - obrada laserom - obrada VM Prema dimenziji: - laki AS obrada sirovca manjih dimenzija - srednji AS najea primjena srednje dimenzije sirovca - teki AS obradak sirovca najveih dimenzija i masa, velika instalirana snaga stroja Precizni AS - kruta konstrukcija stroja - poveana je preciznost kod obrade sirovca Normalna izvedba AS Prema nainu upravljanja: Runo upravljani strojevi - operater rukama i oima preslikava izradak na sirovac - operater mora dobro poznavati mogunost stroja, gibanja i geometriju alata - vjetina i sposobnost operatera su bitni kod izrade djelova

Automatski upravljani strojevi - program (geometrijski i tehnoloki podaci) - kruto upravljani - ablone - graninici - krivulje - fleksibilno upravljani - krivuljna upravljanja - numeriko raunalo Prema vrsti proizvodnje: - univerzalni - za maloserijsku proizvodnju - velika je fleksibilnost i mala proizvodnost - posebni - za serijsku proizvodnju djelova koji zahtjevaju posebnu obradu (zupanici, vagonski kotai,...) - specijalni - za velikoserijsku ili masovnu proizvodnju sasvim odreenih dijelova - modulna gradnja - velika proizvodnost, ali mala fleksibilnost

Prema tehnolokom postupku:

Prema konstrukcijskom rjeenju posminog kinematskog lanca: - AS sa serijskom (otvorenom) kinematikom strukturom - jedna posmina os je postavljena na drugu - AS sa paralelnom (zatvorenom) kinematikom strukture - tapovi promjenjive duine (3 translacije i 3 rotacije - 6SSG, PKS/HEXAPOD)

Sklopovi AS - prigon za glavno gibanje - prigon za pomono gibanje - postolje za prihvat vodilica i ostalih sklopova

Prigon za glavno gibanje glavno rotacijsko gibanje (Vc brzina rezanja, stvara se odvojena estica) mora omoguiti glavno gibanje na alatnom stroju kojim se formira odvojena estica mora omoguiti primjenu vrijednosti gibanja stupnjevano mjenjanje brzine vrtnje n = nmax/nmin ~ 350 o/min Vc min Vc max n min = nmax = n uestalost vrtnje Dmax Dmin n1 n2 n3 n4 nz

n1, n2, n3, n4 lanovi geomerijskog niza decimalnih brojeva faktor stupnjevanja R20 = 20 10 = 1.12 n = 2 n1 kontinuirano (bezstepeno) mjenjanje vrtnje nmin nmax

Prijenosnici za geometrijsko stupnjevanje: Stupnjevanjem remenice Zupaniki prijenosnici (dvoparni, troparni sklopovi zupanika) mehaniki prijenosnik -1 Asinhroni motor 750, 1500, 3000 min (jednobrzinski, dvobrzinski) Kontinuirana promjena uestalosti vrtnje: mogue postii bilo koji n (od nmin do nmax) mogua promjena brzine u radu promjena uestalosti vrtnje za vrijeme rada AS mogue ostvariti optimalnu brzinu rezanja bolja kvaliteta obrade uz konstantnu brzinu rezanja Prijenosnici za kontinuiranu promjenu uestalosti vrtnje: mehaniki - remenski - lanan hidraulini (hidromotori, hidropumpe) elektrini - istosmjerni kolektorski motor (DC)

- asinhroni kavezni motor(AC)

Mehaniki prijenosnik stupnjevane remenice

zupaniki prijenosnici (z 100) a) prijenosnik s pominim blokom zupanika b) prijenosnik s spojkom c) prijenosnik s izmjenjivim zupanicima

Prigon glavnog vretena sa zupanikim prijenosnikom:

Prigon glavnog vretena sa numerikim upravljanjem: direktan prigon GV

Motorvreteno: rotor EM je ujedno i GV

slue za velike uestalosti vrtnje (18000 min-1), VBO (visokobrzinska obrada) kompaktna izvedba, visoka preciznost, jednostavna ugradnja nepovoljno toplinsko djelovanje, potrebno hlaenje motorvretena AC ili DC

Prigon za pomono gibanje: translacijsko gibanje - pile, provlakae, blanjalice (dugohodne, kratkohodne) njihalo ili kulisa - ureaj za pretvaranje rotacije u translaciju zupanik i zupanika letva, puni vijak, puna letva F hidraulini cilindar - tlak p = [Pa] A - protok Q = VA [m3/s] - snaga P = FV = pQ [W] Sklop glavnog vretena

glavno rotacijsko gibanje GV je sklop alatnog stroja koji ostvaruje glavno rotacijsko gibanje (Vc=Dn) glavno vreteno tokarilice glodalice builice brusilice

Krutost glavnog vretena: F C= f C - krutost glavnog vretena F - sila na glavi glavnog vretena f - progib glave glavnog vretena [f = progib leaja (fl) + progib vretena (fv)] progib glavnog vretena utjee na tonost alatnog stroja C = 150 N/m - produkcioni AS C = 300 N/m - precizni AS Leajevi za uleenje glavnog vretena: o Kotrljajui - kuglice - valjii - iglice o Klizni - hidrodinamski usljed rotacije vrtnje stvara se uljni film u poetku rotacije je suho trenje (mjeovito, tekue) stariji strojevi, veliko priguenje, miran rad kritini trenuci pokretanja i zaustavljanja GV - hidrostatski u kuitu glavnog vretena postoje uljne kade ili depovi ulje pod pritiskom preko uljnih kada prije poetka rotacije odvoji glavno vreteno od kuita glavnog vretena (pliva u ulju - tekue trenje), malo poetno trenje i s vremenom raste velika krutost, velika preciznost voenja glavnog vretena, jeftino odravanje, trajni su primjena kod velikih strojeva nedostaci trenje u ulju, veliko zagrijavanje - aerostatski umjesto ulja koristi se zrak primjena kod visokobrzinskih strojeva manjih snaga princip rada slian hidrostatskom, zrak pod pritiskom prije rotacije odvoji glavno vreteno od kuita glavnog retena (plivanje GV u zranom prostoru) o Magnetski skupa elektronika namoti magneta, osjetnik poloaja magnetsko uleitenje za vrtnje preko 50000 min-1 (glodalica) dugotrajnost, nema troenja elektronika osjetnici (senzori) mjere magnetsko polje i mjenjaju ga tako da je zranost izmeu GV i kuita GV konstantna

Kotrljajue uleitenje GV Predoptereenje leaja: - A-malo - B-srednje - C-veliko - G-odreena vrijednost Sile predoptereenja mora biti takvo, da se kod valjnog optereenja silama rezanja ne pojavi zranost u leajevima, vea je krutost i kruna tonost sustava GV.

kuglini leaj s kosim dodirom aksijalno-radijalni leaj

kut dodira = 15o - oznaka CD = 25o - oznaka ACD (najvee aksijalno optereenje) = 12o - oznaka CC uestalost vrtnje srednji mali krutost veliki

serija 70 serija 72 70 CD 72 CD 70 ACD 72 ACD 70 CC najea primjena radijalno-aksijalnih Serije imaju isti unutarnji promjer (osovine), a razlika je u veliini kuglice, odnosno u vanjskom promjeru. Karakteristika kuglinih leaja: O ugradnja (lea u lea) X ugradnja (lice u lice) tandem ugradnja Podmazivanje kotrljajuih leaja: mau vrsta masti, koliina masti, trajnost masti uljem (vrsta, koliina, masti) optono kapanjem uljnom maglom, ubrizgavanjem Svrha: smanjiti trenje i poveati trajnost leaja (20000h)

serija 719 719 CD 719 ACD

- hibridni leajevi specijalni leajevi s kosim dodirom s keramikom kuglicom (Si3N4) kvalitetniji s glatkom povrinom dimenzijska tonost tvrdoa 2.5 puta vea od eline kemijska inertnost velika krutost vei modul elastinosti nia specifina masa manji toplinski koeficjent, 80% manji koeficijent trenja Primjena: visokobrzinska vretena motorvretena, kod radijalnog i aksijalnog optereenja

uestalost vrtnje

- keramika - elina

krutost

Sklopovi AS Prigon za pomono gibanje posmino dostavno najee translacijsko gibanje (pravocrtno) rotacijsko gibanje mora omoguiti gibanje na alatnom stroju kojim se osigurava stalnost (kontinuitet) procesa obrade odvajanjem estica mora omoguiti gibanja potrebna za primicanje i odmicanje te zauzimanje dubine rezanja (gibanja izvan obrade) mora omoguiti promjenu vrijednosti pomonog gibanja

Vf posmina brzina [m/min] Vf = f n f posmak [mm] n uestalost vrtnje [min-1] tokarenje

Vf = f n = fz Z n fz posmak po zubu glodanje Z broj zubi n uestalost vrtnje posmini prigoni su manjih snaga od glavnih proigona Posmino gibanje stupnjevito Vf1 kontinuirano Vf min EM mehaniki zupanici (prijenosnik) - pomini blok zupanika - norton prijenosnik TNV Vf1 glavno vreteno - hod od 6m do 8m - promjeri vretena: 16, 20, 25, 32, 40, 50, 60 - uspon vretena: 3, 6, 12, 24 runi pomak trapezno navojno vreteno (TNV) dvodjelna matica (nema zranosti) Vf2 Vf3 Vfn Vf max ureaj za promjenu smjera gibsnja ureaj za pretvaranje rotacije u translaciju - ciklini/stoni zupanici - TNV + dvodjelna matica s spojkom - zupanik i zupanika letva - puni vijak i puna letva Vf2 Vf3 Vfn

Posmini prigon za pravocrtno gibanje kod numeriki upravljanih strojeva Kibernetski krug programirana vrijednost usporeiva servo motor (AC/DC manje snage) nosa alata ili obradka (kuglino navojno vreteno i dvodjelna matica) mjerni sustav

mjerena vrijednost

stol

AC/DC motor posmino gibanje kuglino navojno vreteno dvodjelna matica upravljako raunalo signal povratne sprege mjerni sustav Vf min Vf max

Prijenosnici za kontinuiranu promjenu uestalosti vrtnje: elektrini AC, DC motori Posmini prigon za pravocrtno gibanje, pomono gibanje hidraulini prijenosnik otvorenog toka linarni motor SLIKA kotrljajue vodilice stator linearnog motora

magnetska traka rotora

servomotor s razvijenim statorom bezkontaktne magnetske sile vrlo skupa izvedba primjena za visokobrzinske AS visokodinamiki, visokoprecizni, pogodni za duge hodove, jednostavna montaa i odravanje, smanjena buka i vibracije

zupasti remen

torque motor vanjski momentni motor, vrlo krut sustav vrlo brzi i imaju velike momente (100-750 m/min; 4500Nm) za dinamika rotacijska gibanja (magazin alata, izmjenjiva paleta, rotacijski stolovi, zakretne glave)

Postolje za prihvat vodilica i ostalih sklopova AS

Funkcija postolja: prihvat ostalih nepokretnih i pokretnih AS prihvat optereenja (sila, moment) njihov prijenos na temelj AS Oblici postolja: temeljna ploa kod builica i glodalica, za prihvat stupa moe se koristiti kao rezervoar za SHIP krevet kod tokarilica, za prihvat suporta i konjia, kosa izvedba odvoenje odvojene estice stupovi okrugli ili prizmatini, kod builica poprena greda kod portalne izvedbe AS, povezuje dva stupa, daje krutost stroju, za prihvat vretenita glodaih glava konzol kod radijalnih builica, za prihvat vretenita

Izvedba postolja: o ljevana sivi lijev skup je kalup, za serijsku proizvodnju AS sivi lijev zbog grafitaima smanjen koeficjent trenja poslje ljevanja obvezno arenje i starenje, pjesak moe ostati u upljinama mineralni lijev kompozit od plastine mase i kamena, potrebna je drvena jezgra i kalup manja specifina masa, stroj je laki i bolje priguuje vibracije (10X) sporiji prijenos topline, manje linearno istezanje vei modul elastinosti (vea krutost) materijal budunosti, primjena za skupe VB AS o zavarena elina izvedba za pojedinana postolja prototip ili specijalni AS, postolje zavarivanja obvezno ariti, elini limovi Vodilice za voenje i noenje AS Zadaa povezivanje nepokretnih i pokretnih djelova AS, jedan stupanj slobode gibanja

pokretni dio uvrenje voenje noenje nepokretni dio Vodilice: klizne - hidrodinamske suho trenje, polusuho trenje, tekue trenje (stribeck krivulja) oblici: okrugle, plosnate, prizmatine, klinaste (lastin rep) podeavanje zranosti klin za podeavanje zranosti - hidrostatske kliza pliva po uljnom filmu-tekue trenje kod veih strojeva

uljni depovi ili kade visoka trajnost, nema troenja elemenata prije gibanja se die kliza od postolja kotrljajue trenje kotrljanja je manje od klizanja manja masa od kliznih tranice, kliza, kotrljajua tijela (kuglice, valjii, iglice) omogueno je bre pozicioniranje brza i jednostavna ugradnja gotovi kupovni elementi

kliza krajnja ploa tranica brisa

kotrljajua tijela kavez za kuglice

Proizvod funkcionalnost tehnologinost trajnost estetinost reciklinost optimalnost Nove mogunosti u razvitku AS i obradnih sustava: usavravanje numerikog upravljanja automatiziran nain rada uz minimalno uee operatera automatska izmjena alata automatska izmjena obratka i pribora automatsko manipuliranje i transport alata, obratka i pribora koncentracija i poeracija u jednom stezanju sirovca nadzor nad istroenom i lomom otrice alata automatska kompenzacija istroenja otrice alata pranje, suenje i hlaenje obratka automatsko mjenjanje izmjena obratka

ienje i odvoenje odvojenih estica optimiranje reima obrade simulacija tehnolokog procesa identifikacija raznih stanja u procesu obrade kontrola temperature glavnog vretena dijagnosticiranje i signaliziranje smetnji u radu precizno odravanje i samoodravanje poveanje snage i frekvencije vrtnje glavnog vretena (VBO) gradnja na principu paralelne kinematike strukture AUTONOMNOST

Numeriki upravljani alatni stroj: raunalni upravljani alatni stroj CNC geometrijski i tehnoloki podaci se zadaju preko programa program se upisuje u upravljaku jedinicu AS obrada se vri po programu samostojei stroj pojedinana ili maloserijska proizvodnja runo intenzivno posluivanje Obradni centar: AIA (automatska izmjena alata) i spremite A (alata) viestranina obrada samostojei stroj mala i srednje serijska proizvodnja esto mjenjanje asortimana viestranina i vieoperacijska obrada u jednom stezanju obratka Fleksibilna obradna elija (fo): o AIO (automatska izmjena obradka) i spremite O (obratka) o pranje, suenje i hlaenje obratka o integrirani mjerni sustav za obradak o nadzor alata o glavno raunalo o samostojei stroj o srednje serijska proizvodnja o automatiziran rad u vie smjena Fleksibilni obradni sustav (fos): viestrojni koncept transportni sustav obradka automatska obrada voenja vodeim raunalom sustav vie strojeva neovisnost o veliini serije autonoman rad u tri smjene samozapoljavanje, samoorganiziranje sustava fleksibilna automatizacija Obradni centar NU (numeriki upravljan) stroj + AIA - meudimenzionalna tonost izratka, skraeno je vrijeme izrade dijelova tokarski obradni centar glodai obradni centar brusni obradni centar

Tokarski obradni centar

Obradak NU C-os

mirujui + pogonjeni alati AIA revolverska glava

TOC + NUT + AIA mirujue alate pogonjene alate

NUT + AIA mirujui alat

revolverska glava TOC mirujui alati (tokarski noevi) - obradak rotira glavno gibanje X promjer obratka Z duina obratka alat ima posmino gibanje (X i Z) pogonjeni alati - svi alati rotiraju i imaju glavno gibanje (glodala, svrdla, brusne ploe) - obradak miruje ili ima C-os - glavno gibanje je rotacija alata - alat ima posmino gibanje (X,Y,Z) TOC elementarne povrine za obradu:

- mirujui i pogonjeni alati

OC glodai obradni centar

spremite alata

manipulator za izmjenu alata

pogonjeni alati glavno vreteno

- osi 3D 5D - AIO najee pomou manipulatora (TOC) i poletnih sustava (GOC) Fleksibilni obradni sustav s pravocrtnim spremitem paleta

- sustav od 2 ili vie stroja NU upravljanjem 1. obradni modul 2. dvopaletna stanica za ekanje 3. ureaj za pranje, suenje i hlaenje dijelova 4. mjerni ureaj za djelove 5. jednopaletna stanica 6. dvopaletna pravocrtna spremita paleta 7. dvopaletna trana robokolica 8. stanica za ulaganje sirovca i doputenje izratka s palete 9. spremite sirovca 10. spremite izradaka 11. prednamjetanje reznog alata 12. spremite prednamjetenog reznog alata

Fleksibilni obradni sustav s krunim spremitem paketa: SLIKA

Neprilagodljivi proizvodni sustavi (transfer linija i rotofer linija): Karakteristike: automatizirana obrada u velikoserijskoj proizvodnji visoka je proizvodnost sustava malen asortiman i niska fleksibilnost sustava grade se modularno od pravocrtno ili kruno povezanih standardiziranih obradnih jedinki broj obradnih jedinki moe biti neogranien kod transfer linije i mogu biti zastupljene sve obradne operacije dodatne operacije sustava mogu biti operacija kontrole i operacija montae sirovci su istih dimenzija i oblika sirovac se centrira i stee na specijalnu paletu, pomou koje se automatski prebacuju s jedne poeracije na sljedeu taktno

takt odreuje operacija koja vramenski najdulje traje taktnim prolaskom kroz transfer liniju sirovac je u potpunosti obraen povratnim transporterom palete se vraaju na poetak linije - grade se modularno od standardiziranih obradnih jedinki za razliite vrste operacija Transfer linija sirovac

standardizirane jedinke

taktno pomicanje komada

Rotofer linija

Glodai obradni centar GOC AIA se odnosi na izmjenu pojedinanih alata izmeu spremita i prihvata alata naalatnom stroju. pretpostavke: adekvatni drai alata (ISO-Sk, HSK) prednamjetanje alata spremite alata automatsko stezanje draa alata u GV manipulator za izmjenu alata NU alatnim strojem kodiranje alata: adekvatni prihvat za polugu izmjenjivaa alata, detekcija brzine i istroenje rezne otrice alata Osnovni drai alata za glodanje: ISO-Sk dra alata

GV ISO 7388/1 dimenzija konusa draa 7:24 velika masa draa i velika je duina konusa aksijalna tonost sustava ovisi o aksijalnoj sili stezanja alata smanjena ja radijalna i aksijalna tonost sustava kod veih uestalosti vrtnje nije pogodan za VBO (visoko brzinska obrada) ISO 40, ISO 50... konus ne smije biti samokoan

HSK drai alata oblik A ima prijenos okretnog momenta preko utora na kraju konusa Oblik B ima prijenos okretnog momenta preko utora na prirubnici B namjenjen za tee uvjete obrade (uz iste dimenzije) dimenzija konusa draa 1:10 mala je masa draa jer je upliji i kraa je duina konusa ne smije biti samokoan kratki je hod kod izvlaenja iz glavnog vretena velika aksijalna i radijalna tonost sustava, jer dra nasjeda u konus i na elo GV AS o visoka statika i dinamika krutost sustava o sustav je pogodan za VBO o o o o o o o o premjetanje alata unaprijed (prije obrade) izmjeriti odreenu dimenziju otrice alata postaviti otricu alata na odreenu dimenziju izmjerene dimenzije ponjeti u NU AS,tj. uneti u NU AS prednamjetanje alata 1) na ureaj za prednamjetanje alata u slubi alata (skladite), vie NU AS 2) na samom alatnom stroju pomou ticala (jedan jedini stroj)

Spremite alata prema obliku moe biti: kruno lanano GOC kazetno regalno revolverska glava TOC, NU TOC Alati u spremitu mogu biti postavljeni: redosljedno po redosljedu odvijanja operacija nasumine kodirani su drai alata

AIA GOC GV mora stati!! 1. GV GOC 2. manipulator za iznjenu alata 3. spremite alata a. b. c. d. e. zahvat alata u GV i spremitu alata izvlaenje alata iz GV i spremita alata zakret poluge s alatima za 180 uvlaenje alata u GV i spremite alata zakret poluge za 90 u radni poloaj stroja i zakret spremita alata, tako da alat za slijedeu operaciju doe u poloaj zamjene

AIO TOC (manipulator ili robot) GOC (palete)

skraenje pomonog vremena autonomnost procesa obrade poveanje iskoritenja i proizvodnost obradnog sustava