RAZRED 4.ŽNJ
TEHNIČKA ŠKOLA BLA BLA BLA
PROG RAM: STROJARSTVO PROFIL: STROJARSKI TEHNIČAR
MAT. BR.
ZAVRŠNI RAD TEMA: CNC glodanje
PREZIME I IME KANDIDAT MENTOR ŠKOLE MENTOR
DATUM
OCJENA
POTPIS
SADRŽAJ 1.0 UVOD 2.0 GLODAJE 2.10 vrste glodanja 2.20 parametri obrade 2.30 sile pri glodanju 3.0 GLODALO 3.10 geometrija glodala 3.20 vrste glodala 3.30 materijal glodala 4.0 GLODALICE 4.10 dijelovi glodalice 4.20 vrste 5.0 CNC GLODANJE 5.10 Početci 5.20 CNC upravljanje 5.30 Koordinatni sustav 5.40 Mjerni sustavi 5.50 Referentne točke 5.60 Programiranje stroja 5.70 CNC glodalice
2
1.0 UVOD Nagla svijetska modernizacija nametnula je veliku potražnju za novim proizvodima. Dakle potrebno je proizvoditi što brže veliki broj što kvalitetnijih, a opet što jeftinijih proizvoda. Zbog toga se razvila masovna proizvodnja. Tako se umjesto da svatko sam sebi izrađuje dijelove oni se mogu jednostavno pronaći na tržištu uz mnogo manje novaca i izgubljenog vremena. Uslijed masovne proizvodnje u svrhu poboljšanja produktivnosti razvila se strojna obrada. Strojna obrada je obrada alatnim strojem i može u osnovi podijeliti na strojnu obradu sa odvajanjem čestica i na strojnu obradu bez odvajanja čestica. Strojna obrada odvajanjem čestica se obavlja na alatnom stroju s unaprijed određenim alatima, kako bi se u što kraćem vremenu dobio proizvod zadovoljavajuće kvalitete. Alatni stroj je stroj na kojem čovjek u proizvodnom procesu upravlja alatom. Osnovni zadatak alatnih strojeva je zamjena ljudskog rada uz povećanje točnosti, produktivnosti, ekonomičnosti i drugog. Strojna obrada odvajanjem čestica se obavlja na alatnom stroju s unaprijed određenim alatima, kako bi se u što kraćem vremenu dobio proizvod zadovoljavajuće kvalitete. Današnja proizvodnja je nezamisliva bez alatnih strojeva. Ručna obrada i korištenje ručnih alata je skupo I presporo, te je u serijskoj ili masovnoj proizvodnji nemoguće proizvoditi bez pomoći alatnih strojeva. Sam alatni stroj sastoji se od nekoliko cjelina bez kojih ne može raditi: • Pogonski dio: najčešće je to kavezni asinkroni trofazni motor • Prijenosnici snage: prigoni, reduktori, multiplikatori • Izvršni dio: različiti alati i naprave • Upravljački dio: služi za upravljanje gibanjima alata i obratka, te odabiranje parametara obrade Strojna obrada sa odvajanjem čestica može se podjeliti na nekoliko načina. To su: • • • •
Postupci obrade definiranom geometrijom: tokarenje, glodanje, blanjanje (dubljenje), bušenje, provlačenje, piljenje, ozubljivanje Obrada bez definirane oštrice alata: brušenje Obrada slobodnom oštricom: poliranje, honanje, lepanje, superfiniš Obrada bez oštrice: elektroerozija, ultrazvučna obrada, obrada plazmom, obrada laserom.
Kao što se može primjetiti obrada odvajanjem čestica na alatnim strojevima s definiranom geometrijom alata ima najveći broj obrada i ona je najčešća u proizvodnji: Osnovni oblik reznog alata je klin. Njegova zadaća je razdvajanje materijala i odvajanje čestica materijala.
3
Definirana geometrija alata je obrada noževima kod kojih se kutovi obrade i namještanja alata mogu mjeriti i mijenjati. To su obrade: tokarskim noževima, noževe za blanjanje ili dubljenje, glodalima, svrdlima, razvrtalima, upuštalima, iglama ili motkama za provlačenje, pilama. Jedna takva obrada biti će i tema ovog rada, a to je obrada glodalima odnosno: glodanje.
4
2.0 GLODANJE Glodanje je postupak obrade skidanja strugotine koji se obavlja sastavljenim alatima, tj. alatima s više jednakih oštrica- glodalima. Sve oštrice glodala nisu istodobno u zahvatu, već samo njihov manji dio. Glodanje je složenija operacija od većine drugih (npr. tokarenje, brušenje…), ne samo zbog većeg broja oštrica nego i zbog promjenjivog presjeka strugotine za vrijeme dok jedan zub izvodi obradu.
Glodanje je najrasprostranjeniji način obrade metala i njime se na razne načine mogu točno obraditi ravne i oble površine, zubni i vijčani profili i navoji. Ovim postupkom obrade postiže se visoka proizvodnost strojne obrade i široka iskoristivost u serijskoj i masovnoj proizvodnji. Kao osnovnu karakteristiku tog procesa možemo istaknuti da zubi glodala dolaze u dodir sa predmetom jedan za drugim, a opterećenje svakog zuba za vrijeme rada jako se mijenja od trenutka početka rezanja do trenutka izlaska zuba iz materijala. Izvodi se na alatnim strojevima glodalicama pri čemu glavno gibanje kod uvijek izvodi alat, a posmično i dostavno gibanje u pravilu izvodi radni stol. Kod novijih strojeva dostavno gibanje često izvodi alat, koji ponekad izvršava čak i posmično gibanje. Ovom obradom postižu klase hrapavosti od N5 do N12, odnosno srednje aritmetičko odstupanje profila Ra od 0,4 do 50μm.
5
2.10 VRSTE GLODANJA Prema dijelu glodala kojim obrađujemo operacije glodanja možemo podijeliti na:
OBODNO GLODANJE
ČEONO GLODANJE
1. Obodno glodanje Materijal se obrađuje obodom glodala. Koristi se kod obrade ravnih i zakrivljenih ploha. Vrlo malo zuba je istovremeno u zahvatu, obično jedan ili dva što uzrokuje veća naprezanja i vibracije i samim time i nekvalitetniju površinu. Postoji nekoliko vrsta obodnog glodanja:-plošno:-istosmjerno -protusmjerno -kružno:-vanjsko -unutarnje Obodno plošno glodanje imamo kada skidanje strugotine obavljamo obodom valjčastih i pločastih glodala. Taj postupak dijelimo u protusmjerno i istosmjerno glodanje. Pri istosmjernom plošnom glodanju obodna brzina glodanja i brzina posmaka imaju isti smjer. Pri ovakvom glodanju oštrica odmah zahvaća najveći presjek strugotine što uzrokuje naglu promjenu naprezanja nije baš povoljno za trajnost alata. Pri protusmjernom plošnom glodanju glodalo se okreće u takvom smjeru da je njegova obodna brzina suprotna brzini posmaka predmeta. Zubci glodala postepeno zahvaćaju sve veći presjek strugotine da bi na izlazu presjek bio najveći. Nije preporučljivo jer zubi prije dolaska u zahvat klize po obrađenoj površini pa ostavljaju valovite tragove, ali je povoljno pri obradi tvrđih metala zbog naprezanja.
ISTOSMJERNO
PROTUSMJERNO 6
Obodno kružno glodanje u svojim varijantama vanjskog, unuarnjeg i obilaznog glodanja je noviji oblik te radnje, a ti se postupci zbog posebne prednosti u stanovitim slučajevima sve više primjenjuju. Kod obodnog kružnog glodanja skidanje čestica obavlja se obodom glodala koje izvodi glavno gibanje, dok je posmak kružni. 2. Čeono glodanje Materijal se obrađuje se sa čeonom stranom glodala. Tom vrstom glodanja mogu se obrađivati ravne površine, zakrivljene površine, utori, konusi itd. pa je zato vrlo često upotrebljava u proizvodnji. Kod ove vrste glodanje više zubaca istovremeno obrađuju pa je manji presjek strugotine,manja je sila rezanja i manje vibracije.
-Prema proizvedenoj kvaliteti obrađene površine: -grubo -fino -završno Kvaliteta površine ovisi o posmaku. Pa je tako grubo glodanje posmaka od 100 do 500 mm/min, dok je kod finog od 10 do 50 mm/min. Kod završnog je posmak još i manji.
7
2.20 PARAMETRI OBRADE Određenim parametrima rada realizira se postupak obrade koji treba primijeniti pri izradi željenih strojnih dijelova. Te vrijednosti se moraju za svaki individualni slučaj što točnije odrediti jer neposredno utječu na ekonomičnost obrade. Između pojedinih veličina postoji funkcionalna ovisnost iz čega proizlaze pojedinačne vrijednosti, ovisno o postavljenim ograničenjima. Zbog toga ekonomičnost obrade ne može rasti jednostavnim povećavanjem vrijednosti tih parametara. Osnovne karakteristične veličine koje određuju parametre obrade odvajanjem čestica, pa tako i glodanja, su: • dubina rezanja ap • posmak f • brzina rezanja vc Treba spomenuti, ništa manje važne i još tri veličine koje se koriste ne samo pri obradi glodanjem, već kod bilo koje obrade odvajanjem čestica, a to su: • širina odvojene čestice b- razmak između obrađene i obrađivane površine koja se mjeri po površini obrade •
debljina odvojene čestice h- razmak između dva uzastopna položaja površine obrade za jedan okretaj ili za jedan prolaz obratka ili alata, mjerena okomito na širinu odvojene čestice.
•
presjek odvojene čestice- površina koju ograničava kontura prethodne dvije značajke.
Također postoje i određena ograničenja pri odabiru odgovarajućih parametara, a u većini slučajeva koriste se sljedeća: • snaga i broj okretaja stroja • krutost sklopa • materijal obratka • kvaliteta reznog dijela alata • zahtjevana kvaliteta obrade
1. dubina rezanja ap Dubina rezanja ap mm] - je veličina odvojenog sloja materijala koja je određena razmakom između obrađivane i obrađene površine, mjerena okomito na obrađenu površinu. Određena je veličinom dodataka za obradu. Najbolja obrada je ona izvedena iz što manje prolaza.Osnovna je težnja skinuti što veću količinu odvojenih čestica, ali uz još uvijek prihvatljivu geometrijsku točnost i kvalitetu obrađene površine, što se ostvaruje višestrukim prolazima pri čemu se za završnu finu obradu odabire konačni rez s minimalnom dubinom.Minimalni broj prolaza određuje snaga alatnog stroja i kvaliteta obrađene površine prema jednadžbi: ap =
Pb *ηm f * vc * k c
8
gdje su: PB- snaga alatnog stroja [W] m- stupanj iskoristivosti stroja [%] f- posmak [mm/okr] vc- brzina rezanja [m/min] kc- specifični otpor rezanja [N/mm2] 2. posmak f Posmak f -je veličina puta glavne oštrice alata u pravcu posmičnog gibanja za: 1. Posmična brzina vf [mm/min] 2. Posmak po jednom okretaju glodala f [mm/okr] 3. Posmak po zubu glodala fz [mm/zub] Vrijednost posmaka f predstavlja dužinu za koju se glodalo pomakne za vrijeme jednog okretaja. Pri tome zubi glodala imaju relativno kretanje po trajektorijama koje odgovaraju cikloidama, a pomaknute su jedna u odnosu na drugu za vrijednost posmaka po zubu fz. Porastom tog posmaka povećava se i presjek odvojene čestice, sile na zubu i hrapavost obrađene površine. S porastom promjera glodala može se odabrati i veći posmak fz što zahtijeva i odgovarajuće krute izvedbe strojeva za glodanje. Jedan od glavnih čimbenika strojne obrade je vrijeme izrade. Što dulje traje izrada to je predmet skuplji. Vrijeme izrade obrnuto je proporcionalno brzini posmaka. Što je manji posmak, to će vrijeme izrade biti veće. Ostali čimbenici, kao što j enepotrebno gibanje alata, također su bitni, ali izbor optimalne brzine posmaka je vjerovatno najbitniji. Optimalna brzina posmaka je ona koja maksimizira količinu odrezanog materijala, a da pri tom ne nastane lom alata ili zaustavljanje radnog vretena. Premala brzina posmaka osim što je neekonomična, može dovesti i do loma alata. Svaka oštrica alata vrši rezanje materijala, ali i otvrdnjuje površinu. Debljina tog otvrdnutog sloja može iznositi od nekoliko μm do nekoliko stotinki mm. ako je posmak alata premalen, oštrica će rezati kroz otvrdnuti sloj i alat će se brže tupiti. Preveliki posmak može zaustaviti okretanje vretena ili slomiti alat. Posmak se može odrediti s obzirom na otpornost zuba alata, progib vratila, točnost obrade i kvalitetu površine raznim empirijskim izrazima. S obzirom na hrapavost površine kao mjerodavnim kriterijem za završnu obradu, posmak f na jedan okretaj dan je izrazom: f = 2,7 * Rt * D
gdje je: Rt – teorijska hrapavost [μm], D– promjer glodala [mm]
3. brzina rezanja vc 9
Brzina rezanja vc je put koji prijeđe glavna oštrica alata u odnosu prema obrađivanoj površini u jedinici vremena. Pri postupcima obrade s kružnim glavnim gibanjem (poput glodanja), uzima se da je brzina rezanja jednaka obodnoj brzini alata. Ona se izračunava na osnovi najvećeg promjera glodala po jednadžbi: vc =
D *π * n 1000
gdje je: D– promjer glodala [mm] n– broj okretaja [okr/min] vc– brzina rezanja [m/min] Na temelju studija i analize pojedinih postupaka glodanja, u pogledu postignutog učinka, potrebnog radnog vremena, trošenja alata i drugih utjecajnih veličina, određuje sebrzina rezanja prema proširenom izrazu za koju će produktivnost alata biti najbolja:
Cv * D i vc = m x *K T * a * f zy * b z * z n gdje su: C v, m, x, y, z, n– konstante i eksponenti ovisni o materijalu D– promjer glodala [mm] T– vijek trajanja glodala [min] a– dubina rezanja [mm] fz– posmak po zubu [mm/zub] b– širina glodanja[mm] z– broj zuba K– korekcijski faktor koji uzima u obzir vrstu materijala alata, tvrdoću alata, sredstva za podmazivanje i hlađenje, postupak glodanja i dr.
10
2.30 SILE PRI GLODANJU Kod glodanja svaki zub u pojedinom trenutku skida strugotinu druge debljine pa se tako mijenjaju i sile koje djeluju na zub. Zbog toga se pojavljuje neravnomjernost rada koja je posljedica promjena pojedinih faza kod odvajanja strugotine, ali je i posljedica periodičkih ulazaka i izlazaka zuba u i iz materijala.Kod protusmjernog glodanja pojavljuje se sila F na zubu glodala koja se može rastaviti u: Fa– natražnu silu u smjeru osi glodala Fh– glavnu silu rezanja u smjeru brzine rezanja Taj zub djeluje i na obradak silom F´ koja je iste veličine kao i sila F ali je suprotnog smjera. Sila F´ se rastavlja u dvije komponente – jednu usmjeru suprotnom brzine posmaka F´s i jednu okomito na obradakF´v. SilaF´s se suprotstavlja posmaku i opterećuje posmični prigon, dok sila F´v mijenja svoj položaj zavisno od položaja zuba, promjera glodala i dubine glodanja. Ako obradak nije dobro pričvršćen za radni stol sila F´ v će obradak podići sa stola. Kod istosmjernog glodanja pojavljuje se sila F na zubu glodala koja se može rastaviti u : Fa– natražnu silu u smjeru osi glodala Fh– glavnu silu rezanja u smjeru brzine rezanja (suprotnogsmjera nego kod protusmjernog glodanja) SilaF´i komponenteF´s i F´v pojavljuju se na obratku.Sila F´s podvlači posmični prigon i može dovesti do loma glodala.
Ff- posmična sila- javlja se uslijed gibanja alata u smjeru posmaka i usmjerena je u smjeru obrnutom od posmaka Ffn- normalna posmična sila- javlja se zbog okretanja alata Fp- pasivna sila- sila u smjeru dostavnog gibanja M- okretni moment
11
3.0 GLODALO Alati za obradu glodanjem- glodala su u obliku valjaka ili drugih okruglih ploča, na čijem se obodu nalaze pravilno raspoređeni zubi, a kod kojeg svaki zub u osnovi predstavlja tokarski nož. Glodalo ima definiranu geometriju reznog dijela, s više glavnih reznih oštrica koje se nalaze na zubima glodala i mogu biti smještene ili na obodnoj (rijeđe) ili na obodnoj i čeonoj plohi glodala. Osnovni elementi glodala su:- Radni dio (posjeduje zube na kojima se nalaze rezne oštrice) -Stezni dio (predviđen za stezanje glodala) -Vrat (spojni dio radnog i steznog dijela) Pomoću radnog dijela obavlja se proces odvajanja čestica, dok vrat i stezni dio služe za prihvat radnog dijela i pričvršćenje glodala na stroj – glodalicu, te prenošenje sila s radnog dijela dalje na konstrukciju stroja.
STEZNI DIO
VRAT GLODALA RADNI DIO
Glodalo je potrebno jako dobro učvrsiti na stroj jer se pri obradi pojavljuju vrlo velike sile. Zbog toga se glodalo se u strojeve steže pomoću konusa koji je ili izveden odmah na glodalu ili se cilindrični držak alata steže u cilingrični trn To je jednostavan i siguran način da se glodalo upregne u stroj. Takvim stezanjem smanjuju se vibracije i smanjuje,ako ne i izuzima, mogućnost ekscentričnog stezanja glodala.
MOERSOV KONUS 12
3.10 GEOMETRIJA GLODALA Geometrija glodala je vrlo složena zbog velikog broja zuba koji se na njemu nalaze. Svaki zub može se zasebno promatrati kao tokarski nož odnosno kao klin. Zbog promjenjivog naprezanja tjekom obrade potrebno je dobro proračunati geometriju glodala da nebi došlo do preopterećenja i pucanja zubaca. To nikako nebi bilo dobro jer je izrada glodala skupa, a brušenje teško izvodivo. Pod geometrijom se podrazumjevaju kutovi alata. kod svakog klinastog alata, pa tako i kod glodala koje je sastavljeno od puno njih, prepoznaju se tri osnovna kuta:
α- Leđni kut. Kut izmeđuleđne površine alata i obrađene površine β- kut klina. Kut između prednje i leđne površine. γ- prednji kut. kut između prednje površine alata i okomice povučene na obrađenu površinu u točki dodira. δ- kut rezanja. jednak je zbroju leđnog luta i kuta klina α+ β+ γ=180
Za različite vrste glodala postoje različiti specifični kutevi kao npr. kut zavojnice φ kod obodnih glodala, svrdala ili bilo kojeg drugog alata kod kojeg u obradi sudjeluje zavojnica
KUT VRHA SVRDLA
KUT ZAVOJNICE
13
3.20 VRSTE GLODALA Glodala se u osnovi dijele na više načina: -Prema načinu izrade:- glodala s glodanim zubima - glodala s natražno tokarenim i brušenim zubima - glodala ili glave s umetnutim zubima
-Prema obliku zubi:- glodala s ravnim zubima
- glodala sa spiralnim zubima
- glodala s križnim zubima
14
-Prema obliku tijela: -valjkasta glodala
-valjkasta čeona glodala
-valjkasto glodalo za ozubljenje
-valjkasta glodala za navoje
15
-pločasta (plosnata) glodala
-pločasta glodala s umetnutim zupcima
-pilasta glodala
-profilna glodala
16
-modulna glodala
-glave za glodanje
-vretenasta glodala
17
-konusna (stožasta) glodala
-specijalna glodala
18
3.20 MATERIJAL GLODALA Materijal glodala je važan jer material unosi svoja svojstva u obradu. Osnovni zahtjevi koji se postavljaju pri izboru materijala alata: • temperaturna postojanost – svojstvo da zadrži tvrdoću na oštrici alata na temperaturi koju određuje režim obrade; • dovoljna čvrstoća i žilavost -da se suprotstavi mehaničkim naprezanjima statičke i dinamičke prirode koja rezultiraju iz otpora i sila rezanja; • dovoljna čvrstoća i tvrdoća -da se suprotstave mehaničkom trošenju oštrice i površina na alatu koje su u dodiru s odvojenom česticom i obratkom; • otpornost na trošenje- uslijed pojave trenja i zagrijavanja glodala; • prednost u ekonomičnosti- pri nabavki i u radu. Na osnovu ovih zahtjeva, za izradu glodala koriste se sljedeće skupine alatnih materijala: 1.Legirani i nelegirani alatni čelici -temperaturne izdržljivosti do T = 550 K, preporučljive brzine rezanja dovc=0.25m/min. 2.Brzorezni čelici -temperaturne izdržljivosti T = 850K do 950 K, preporučljive brzine rezanja vc≈0.42 m/s do 0.66 m/s 3.Tvrdi metali -sastavljeni su od jednog ili više metalnih karbida kao nositelja tvrdoće i kobalta kao veziva, imaju veliku tvrdoću i čvrstoću, ali malu žilavost. Dijele se na : a) Lijevane tvrde metale– dobivaju se lijevanjem: Co, Cr, W i u malim količinama C. Osobina im je velika tvrdoća i otpornost prema habanju, krtost i osjetljivost prema udarcima. Temperaturna postojanost im je 800 °C do 900 °C, uz brzine rezanja do oko 60 m/min. b) Sinterirani tvrdi metali– mješavine zasićenih karbida Volframa (WC), Titana (TiC), Tantala (TaC), Molibdena (MoC)te Kobalta kao veziva. Temperaturna postojanost sinteriranihnih materijala je 900 °C do 1000 °C, uz brzine rezanja do 200 m/min. 4.Keramika (sinterovani oksidi) -glavna karakteristika je pored velike tvrdoće i postojanost pri povišenim temperaturama i niska žilavost. Veziva masa koja se koris ti za proces dobivanja ovih keramičkih materijala može biti organskog ili anorganskog porijekla. Temperaturna postojanost je do 1200 °C i brzine rezanja do 500 m/min. 5.Dijamanti -jedni od najsavršenijih reznih materijala za manje oštrice. Imaju izuzetno visoku tvrdoću i postojanost oštrice, ali im je nedostatak velika krtost. Temperaturna postojanost im je od 1700 °C ÷ 2100 °C uz velike brzine rezanja i do 3000 m/min.
19
4.0 GLODALICE Glodalica je ime za alatni stroj koji služi za izradu solidnih materijala. Dijele sa obzirom na orijentaciju glavnog vretena i to na: vertikalne i horizontalne. Po veličini glodalice se proizvode od malih strojeva koji mogu se namjestiti na stol do strojeva veličine veće sobe. Glodalice se mogu upravljati: ručno i automatski. Automatsko upravljanje može biti mehaničko ili digitalno rabljenjem računala.
4.10 DIJELOVI GLODALICE Svaki alatni stroj pa tako i glodalica sastoji se od nekoliko glavnih dijelova: Pogonski dio Pogonski dio se mijenjao s napretkom tehnike kroz stoljeća. Počevši od pogona snagom životinja, vode, vjetra, zatim u industrijskoj revoluciji upotrebom parnog stroja, te do Nikole Tesle koji nam je dao trofazni elektromotor, koji je i danas osnovni pokretač svih alatnih strojeva. Elektromotor je električni stroj koji pretvara električnu energiju u mehanički rad. Trofazni kavezni asinkroni elektromotor se naglo razvijao i upotreba se širi cijelim svijetom. Iako se nekad nije moglo precizno upravljati brojem okretaja, razvoj elektronike i raznih metoda, kao npr. impulsno- širinska modulacija, danas uvelike omogućuje regulaciju pokretanja, regulaciju broja okretaja i regulaciju momenta trofaznog kaveznog asinkronih elektromotora. Kavezni motori nemaju četkice koje su inače glavni uzrok kvara motora. Trofazni motori imaju veliku snagu. Asinkroni motor pogoni se na izmjeničnu struju i može se precizno regulirati. To sve spojeno u jedno daje idealan pokretač alatnih strojeva pa tako i glodalica.
20
Prijenosnici snage i momenta Prijenos snage, momenta i sile se mijenjao s promjenama pogonskih strojeva i povećanjem snage motora, ovisno o potrebnoj pretvorbi mehaničkog rada napretkom tehnike kroz stoljeća. Prigoni su prijenosnici momenta i snage, a mogu biti reduktori (smanjuju broj okretaja, ali povećavaju snagu) ili multiplikatori. Dijele se prema načinu gibanja pogonjenog elementa na rotacijske (remenski prijenos, par zupčanika, tarni prijenos) i translacijske prigone(kulisni mehanizam, zupčanik i zupčasta letva). Mogu se podijeliti prema načinu rada na električne, mehaničke i hidrauličke. Prema prijenosnom omjeru dijele se na prigone sa stalnim ili promjenjivim prijenosnim omjerom.
Izvršni dio Izvršni ili radni dio su različiti alati i naprave. Alati su sredstva u direktnom dodiru s predmetom koji se obrađuje, koji ga preoblikuju ili mijenjaju dimenzije ili svojstva. U ovom slučaju to su glodala. Naprave su pomoćna sredstva koja se koriste u tijeku proizvodnje, ali direktno ne obrađuju predmet, već sudjeluju kao samostalni uređaji ili dijelovi alatnog stroja. To su stezne glave, planske ploče, trnovi, konusi, škripci itd. Upravljački dio Upravljački dio alatnog stroja služi za upravljanje gibanjima alata i obratka, te odabiranje parametara obrade. To su sve ručice, poluge, navoji i sve čime ostvarujemo gibanje alata, radnog stola, broja okretaja, posmak ili bilo koju drugu funkciju na stroju.
21
4.20 PODJELA GLODALICA Glodalice se mogu podjeliti prema položaju glavnog vretena, načinu upravljanja, broju glavnih vretena i prema namjeni. Horizontalna glodalica Naziva se i konzolna glodalica ili jednostavno glodalica. Služi za obradu obodnim glodanjem (istosmjernim ili protusmjernim). Glodalo se upinje u horizontalno (vodoravno) vratilo i obavlja glavno gibanje. Obradak je stegnut na radnom stolu koji obavlja posmično gibanje
Vertikalna glodalica Izvodi se tako da joj os glodala stoji vertikalno (okomito), dok je ostali dio stroja jednak horizontalnim glodalicama. Pogodne su za čeono glodanje, glodanje utora, kanala, rubova utornim glodalima, profilno glodanje.
22
Planska glodalica Planska glodalica je podgrupa horizontalne glodalice. Ime je dobila jer se na njima najčešće glodaju ravne horizontalne plohe. Ima krutu konstrukciju i visoku produktivnost. Izvedena je tako da se radni stol po vodilicama na kućištu može gibati samo uzdužno. Univerzalna glodalica Izvodi se slično kao i horizontalna glodalica, ali ima radni stol koji se osim uzdužno, može gibati i poprečno i oko svoje vertikalne osi. To se postiže ugradnjom kružnih utora za vođenje. Kopirna glodalica Služi isključivo za kopiranje pomoću kopirnog uređaja, koji ticalom prelazi po modelu (šabloni). Ovakve glodalice se koriste pri kopiranju ključeva i u drugim slučajevima sa sličnim zahtjevima. TEMELJ
CNC glodalica CNC (engl. Computer Numerical Control) glodalica se upravlja programski. Može imati višeosno upravljanje, čime je moguće izraditi najsloženije obratke u jednom stezanju. O ovoj glodalici nešto više u slijedećem poglavlju
23
5.0 CNC GLODANJE 5.10 POČETCI Osnove numeričkog upravljanja postavio je 1947. god. John Parsons. Uporabom bušene trake upravljao je pozicijom alata pri izradbi lopatica helihopterskog propelera. Godine 1949. američka vojska je sklopila je ugovor sa sveučilištem MIT za razvoj programibilne glodalice. Troosna glodalica Cincinati Hydrotel predstavljena je 1952. gpdine , a imala je elektromehaničko upravljanje i rabila je bušenu traku. Iste godine počinje se rabiti naziv numeričko upravljanje (NC). U civilnoj industriji numeričko upravljanje započinje šezdesetih godina dvadesetog stoljeća, a široka primjena u obliku računalnog numeričkog upravljanja (CNC) počinje 1972. godine, odnosno desetak godina poslije izuma mikroprocesora.
U Hrvatskoj je tvornica PRVOMAJSKA iz Zagreba prva nabavila numerički upravljanu konzolnu glodalicu SHARMANN FB100 1969. godine, a sama je počela serijski proizvoditi numerički upravljane strojeve od 1978. godine.
prvi NC stroj u hrvatskoj
24
5.20 CNC UPRAVLJANJE Osnova je numeričkog upravljanja, upravljanje strojem pomoću unaprijed definiranog programa. Program je skup šifriranih geometrijsko-tehnološko-funkcionalnih naredbi kojima se putem različitih fizičkih medija (papirna vrpca, kaseta, disketa, mikroprocesor) daju upravljačkoj jedinici numerički upravljanog stroja unaprijed zamišljene radnje. Strogo uzevši, ne postoji razlika između kratica NC i CNC. Kratica NC rabi se za izvorno numeričko upravljanje, a CNC za računalom podržano numeritko upravljanje. U NC sustavu program se učitava u upravljačku jedinicu pomoću bušene trake, kartica ili diskete,a zatim se provodi obradba predmeta pri čemu operater na stroju nema mogućnost mijenjanja programa.Sve potrebne izmjene moraju se obaviti izvan stroja pa ponovno učitati program u upravljačku jedinicu stroja.
U CNC sustavu mikroprocesor omogućuje izmjenu programa na samom stroju, a također je moguće provesti i određene izmjene i tijekom obradbe predmeta.To svojstvo omogućuje veliku fleksibilnost u radu, uštedu u vremenu te je uvelike pridonijelo raširenosti uporabe CNC strojeva. Usporedimo tradicionalnu obradu i numeričku obradu: Operater na tradicionalnom stroju pomoću jedne ili obje ruke obavlja uključivanje/iskljutivanje posmaka, rashladnog sredstva, tj. obavlja vođenje alata. Zato su potrebni znanje i odredene vještine. O stupnju vještina ovisit će i kvaliteta izradbe i vrijeme izradbe. Problem nastaje kad je potrebno izraditi više potpuno istovjetnih predmeta. Po prirodi čovjek ne može ponoviti sve postupke na potpuno jednak način što rezultira određenim razlikama u dimenzijama predmeta i kvaliteti površine. U CNC upravljanju mikroprocesor vodi alat uvijek na jednak način čime su stvoreni preduvjeti da svaki izradak u seriji bude potpuno jednak. Iz ovog bi se moglo zakljutiti da su CNC strojevi uvijek superiorniji klasičnim strojevima. Medutim, postoje slucajevi kad tradicionalni strojevi imaju prednost (npr.ako je potrebno izraditi jedan jednostavan predmet).
25
Prednosti CNC strojeva su: -prilagodljivost -mogućnost ozrade vrlo složenog oblika -točnost, mogućnost serije potpuno jednakih komada -smanjenje ili potpuno uklanjanje troškova skladištenja rezervnih djelova strojeva -smanjenje pripremno-završnih vermena i troška izrade -mali zahtjevi za vještinama operatera -jednostavniji alati (normirani, jednostavnije izvedbe) -povećanje produktivnosti -smanjenje vermena potrebnog za kontrolu točnosti Nedostatci CNC strojeva su: -veliko investicijsko ulaganje -potreba za programerom koji treba biti dobro plaćen -visoki troškovi održavanja -neisplativost izrade jednostavnih komada
26
5.30 KOORDINATNI SUSTAV U osnovi se koordinatni sustavo dijele na: pravokutni i polarni. Pravokutni koordinatni sustav: Pravokutni koordinatni sustav u ravnini sastoji se od dva međusobno okomita brojevna pravca koji se nazivaju koordinatne osi i najčeiće se oznacuju sa X i Y. Sjecište osi naziva se ishodište ili nultočka. Koordinatne osi X i Y definiraju koordinatnu ravninu XY s četiri odvojena područja koja se nazivaju kvadranti .
Da bismo prikazali stvarni prostorni predmet potrebna je još jedna os koju označujemo sa Z, a koja je okomita na prethodne dvije osi. Os Z i os Y definiraju YZ ravninu, a os Z i os X ravninu XZ.Na taj način poziciju svake točke u prostoru možemo jednoznačno opisati koordinatama X,Y i Z.
27
Za tehničko crtanje nije bitan položaj predmeta u odnosu prema ishodištu koordinatnog sustava, ali je za numeričko upravljanje od presudne važnosti. Da bismo alat doveli do odredene točke na predmetu, moramo znati njezinu poziciju s obzirom na ishodište koordinatnog sustava. Pridruživanjem vrijednosti koordinata X, Y i Z karakterističnim točkama predmeta stvoren je preduvjet za CNC upravljanje. Orijentacija koordinatnog sustava na CNC stroju dogovorena je takoda pozitivni smjerovi koordinatnih osi slijede položaj prstiju desne ruke; ispružen palace pokazuje pozitivni smjer osi X, kažiprst pozitivni smjer osi Y, a srednji prst pozitivni smjer osi Z.
Polarni koordinatni sustav: U polarnome koordinatnom sustavu točka se definira duljinom vektora “r” i kutom “φ” koji taj vektor čini u odnosu prema postojećem polu i osi koja prolazi kroz taj pol.
Polarni koordinatni sustav moguće je primijeniti i u prostoru. Pritom se još postojećim veličinama pridodaje i koordinata Z
28
5.40 MJERNI SUSTAV STROJA Upravljačka jedinica stroja omogućava rad u dva mjerna sustava: apsolutnom i inkrementnom. Apsolutni mjerni sustav: U apsolutnomu mjernom sustavu koordinate pojedinih točaka označuju udaljenost tih točaka od ishodišta aktivnoga koordinatnog sustava. Predznak (-) ili (+) odreduje kvadrant u kojem se točka nalazi.
Prednost programiranja u apsolutnom mjernom sustavu je mogućnost izmjena jednog dijela programa, a da se ne mora mijenjati drugi dio programa. Inkrementni koordinatni sustav: U inkrementnom mjernom sustavu koordinate sljedeće točke se zadaju u odnosu na koordinate prethodne točke i po iznosu i po predznaku. Koordinate prve točke zadaju se u apsolutnom koordinatnom sustavu. Lančani način kotiranja sugerira primjenu tog načina zadavanja koordinata.
Osnovna prednost i primjena inkrementnog mjernog sustava je pri pisanju potprograma za identične operacije koje se ponavljaju na različitim dijelovima izratka. 29
5.50 REFERENTNE TOČKE Kod programiranja CNC strojeva potrebno je poznavati odrenene referentne, odnosno nul točke koje definiraju koordinatni sustav i sam alat. CNC strojevi imaju tri medusobno neovisna geometrijska sustava: • geometrijski sustav stroja • geometrijski sustav izratka • geometrijski sustav alata Svaki od tih sustava ima proizvoljno (dogovorno) odabranu referentnu (nul) točku. Da bi vođenje oštrice alata bilo moguće, potrebno je precizno definirati matematičku vezu među pojedinim referentnim točkama. Sve referentne točke definiraju se s obzirom na strojni koordinatni sustav. Referentne nul-točke:
W – Nul točka izratka (Workpiece zero point) Točka vezana za izradak. Slobodno se mijenja prema potrebama konstrukcije ili izrade.U ovoj točki je ishodište koordinatnog sustava koje je prebačeno iz točke M i ona olakšava programiranje. M – Strojna nul točka (Machine zero point) Pozicija ove točke se ne može mijenjati. Određena je od strane proizvođača CNC stroja. Ona je ishodište koordinatnog sustava i od nje se proračunavaju svi pomaci alata. B - Početna točka alata ( Begin point) Od ove točke alat počinje sa obradom i u njoj se vrši izmjena alata. Ne mora biti neophodno definirana. R – Referentna točka (Reference point) Točka u radnom području stroja koja je determinirana sa krajnjim prekidačima. Služi za kalibriranje mjernog sustava i u početku rada sa strojem moramo dovesti alat u točku R. 30
N – Referentna točka alata (Tool mount reference point) Početna točka od koje se mjere svi alati. Leži na osi držača alata. Određena je od strane proizvođača i ne može se mijenjati.
A - Privremena nultočka obratka. Smješta se na čelo stezne glave, a postavlja se naredbom G54.
Pri uključivanju CNC stroja aktivan je strojni koordinatni sustav s ishodištem u točki M. Na glodalicama točka M se nalazi u lijevom kutu radnog stola. Strojni koordinatni sustav nije pogodan za programiranje jer bi se sve koordinate izratka morale računati s obzirom na tocku M. Zbog toga je potrebno postaviti koordinatni sustav izratka kao važeći koordinatni sustav. To činimo tako da odredimo geometrijsku vezu medu osima koje prolaze kroz točku M i točku W To omogućuje da zadajemo koordinate točaka u koordinatnom sustavu izratka, a stroj te koordinate sam preračunava u koordinate strojnoga koordinatnog sustava. Pri tome koordinatni sustav izratka, osim što može biti linearno pomaknut po osima u odnosu prema točki M, može biti i zarotiran u odnosu prema strojnom koordinatnom sustavu.
31
5.60 CNC GLODALICE CNC glodalice se po konstrukciji ne razlikuju mnogo od ručnih. Razlika je u načinu upravljanja stroja.
Kao što se na slici može vidjeti, osnovne razlike između ovih strojeva su: •
pogon stroja koji se kod klasičnih strojeva izvodi skupnim pogonom, jedan motor pogoni i glavno vreteno i ostala gibanja radnog stola, dok kod CNC strojeva postoji jedan glavni motor za pogon glavnog vretena a gibanje po osima ostvaruju posebni istosmjerni motori
•
mjerni sustav stroja koji se kod klasičnog stroja sastoji od skale sa nonijusom, dok se kod CNC stroja sastoji od preciznijeg linearnog elektronskog sustava mjerenja koji je 100 puta precizniji od nonojusa
•
pomak radnog stola koji se kod klasičnog stroja ostvaruje se trapeznim navojem, a kod CNC stroja kugličnim navojnim vretenom čime s eostvaruje već apreciznost stroja
•
upravljanje stroja koje se kod klasičnih strojeva izvodi se ručno ili strojno preko ručica za upravljanje dok CNC strojevi imaju upravljačku jedinicu (tastatura i ekran) te rade automatski putem NC programa
•
obično CNC strojevi imaju i revolversku glavu za automatsko izmjenjivanje alata
Danas se u pogonima često koriste obradni centri. To su alatni strojevi veličine veće sobe. Operater može slobodno ušeteti u radni prostor i obaviti što god treba. Ovakvi centri imaju 32
posebnu sobicu u kojoj su smješteni alati koji teže i po nekoliko desetaka kilograma. U stroj se postavi dvijestotinjal alata koje stroj sam izmjenjuje
33
Manji obradni centar
Veliki obradni centar
Izmjena alata u obradnim centrima 34
5.70 PROGARMIRANJE STROJA Programiranje je postupak pisanja programa prema dogovorenim pravilima, o može se obaviti ručno ili pomoću računala. Računalno progarmiranje Podrazumijeva automatsku izradbu CNC programa na osnovi 3D geometrije izratka, raspoloživih alata i režima obradbe pomoću CAD/CAM sustava kao što su CATIA, MASTERCAM, SOLIDCAM i dr. Time se skraćuje vrijeme i smanjuju troškovi izradbe programa. Načelo programiranja je uporaba razvijenog CAD sustava u kojemu definiramo 3D model obratka. Tako definiran model povezuje se s CAM modulom za generiranje putanja alata. lzbor redoslijeda operacija i zahvata kao i tehnoloikih parametara obradbe odreduje tehnolog. Podatci dobiveni iz modula moraju se obraditi u postprocesoru kako bi se dobio ispis programa za upravljačku jedinicu CNC stroja na kojemu će se obavljati obradba.
Generirani kod za ubacivanje u CNC stroj 35
Ručno programiranje Podrazumijeva da tehnolog ručno ispisuje svaki redak programa.Posebno je zahtjevno za složene oblike obratka i traži tehnologa visoke izobrazbe i bogatog iskustva. Uz to, potrebne su dobro ažurirane datoteke strojeva, alata i naprava što zahtijeva dodatan napor. lz tih se razloga ručno programiranje uglavnom rabi za 2D obradbu (tokarenje) i za jednostavnije geometrijske oblike pri glodanju. Stroj radi pomoću određenih naredbi koje moraju sintaktički biti besprijekorno unesene. U suprotnom cijeli program ne radi. To je još jedan nedostatak ovakvog programiranja jer se gubi mnogo vremena na pronalaženje greške. Jedan od boljih programa za ručno programiranje je SIMUMERIK pomoću kojega ćemo izraditi zadatak.
36
