OBRADNI STROJEVI I OBRADNI SUSTAVI Prof. Ciglar Literatura: Obradni sustavi – R.Cebalo, R.Cebalo, D. Ciglar, Ciglar, A. Stoić, Stoić, Zagreb 2005. (Ova predavanja su prepisana iz bilježnice, pa postoji mogućnost neke pogreške ili krivog tumačenja. Neke slike su uzete iz knjige „ Obradni sustavi “, “, dok su ostale crtane kao shematski prikaz.
Sastavili: Bedić, Jambrak, Križan, Medven, Ribarić) PREDAVANJA
Def.: • •
Alatni stroj – strojevi koji mogu izrađivati sami sebe. Obradni sustav – alatni stroj, rezni alat, obradak
Gibanja – Rotacijsko (kružno)
kontinuirana, diskontinuirana
– Translacijsko (pravocrtno) glavno gibanje – stvara stvara se odvoje odvojena na čestica, čestica, najve najveći ći dio energije energije troši to gibanje gibanje ( Vc=Dπn) pomoćno gibanje – posmično (Vf ) kontinuitet obrade odvajanjem čestice
– dostavno (a p) dubina rezanja, primicanje, odmicanje, gibanje izvan obrade Obradom na alatnom stroju (AS) ostvaruje se: - zadani oblik izratka - potrebna točnost dimenzija i oblika - potrebna hrapavost obrađene površine - dobra kakvoća površinskog sloja Podjela alatnih strojeva • Prema postupku obrade odvojene čestice (OOČ):
- tokarenje - glodanje - bušenje - pilje iljennje - blanjanje - provlačenje - brušenje - su superf perfin iniš iš - honanje - lepanje - EDM obrada - ECM obrada - obrada laserom - obrada VM •
postupci pci s rez reznim alat latom s geometrijs rijskki određen đenom oštri štriccom
post postuupci pci s rezn reznim im alato latom m s geomet ometri rijs jskki ne neodre određe đeno nom m oštr oštric icoom
bez oštrice
Prema dimenziji:
- laki AS – obrada sirovca manjih dimenzija - srednji AS – najčešća primjena – srednje dimenzije sirovca - teški AS – obradak sirovca najvećih dimenzija i masa, velika instalirana snaga stroja Precizni AS - kruta konstrukcija stroja - povećana je preciznost kod obrade sirovca Normalna Normalna izvedba izvedba AS •
Prema načinu upravljanja:
Ručno upravljani strojevi - operater rukama i očima preslikava izradak na sirovac - operater mora dobro poznavati mogućnost stroja, gibanja i geometriju alata - vještina i sposobnost operatera su bitni kod izrade djelova
Automatski upravljani strojevi - program (geometrijski i tehnološki podaci) - kruto upravljani - šablone - graničnici - krivulje - fleksibilno upravljani - krivuljna upravljanja - numeričko računalo •
Prema vrsti proizvodnje:
- univerzalni - za maloserijsku proizvodnju - velika je fleksibilnost i mala proizvodnost - posebni - za serijsku proizvodnju djelova koji zahtjevaju posebnu obradu (zupčanici, vagonski kotači,...) - specijalni - za velikoserijsku ili masovnu proizvodnju sasvim određenih dijelova - modulna gradnja - velika proizvodnost, ali mala fleksibilnost Prema tehnološkom postupku:
•
Prema konstrukcijskom rješenju posmičnog kinematskog lanca:
- AS sa serijskom (otvorenom) kinematičkom strukturom - jedna posmična os je postavljena postavljena na drugu - AS sa paralelnom (zatvorenom) kinematičkom strukture - štapovi promjenjive dužine (3 translacije i 3 rotacije - 6SSG, PKS/HEXAPOD) Sklopovi AS
- prigon za glavno gibanje - prigon za pomoćno gibanje - postolje za prihvat vodilica i ostalih sklopova
Prigon za glavno gibanje
glavno rotacijsko gibanje (Vc – brzina rezanja, stvara se odvojena čestica) mora omogućiti glavno gibanje na alatnom stroju kojim se formira odvojena čestica mora omogućiti primjenu vrijednosti gibanja stupnjevano mjenjanje brzine vrtnje σn = nmax/nmin ~ 350 o/min n min
=
V c min
n max
Dmaxπ
n1 n2 n3 n4
V c max
n – učestalost vrtnje
=
Dminπ
nz
n1, n2, n3, n4 – članovi geomerijskog niza decimalnih brojeva φ – faktor stupnjevanja R20 φ = 20 10 1.12 =
ϕ =
n2 n1
kontinuirano (bezstepeno) mjenjanje vrtnje nmin
nmax
Prijenosnici za geometrijsko stupnjevanje:
Stupnjevanjem remenice Zupčanički prijenosnici (dvoparni, troparni sklopovi zupčanika) mehanički prijenosnik -1 Asinhroni motor – 750, 1500, 3000 min (jednobrzinski, dvobrzinski) Kontinuirana promjena učestalosti vrtnje: – moguće postići bilo koji n (od nmin do nmax)
– – – –
moguća promjena brzine u radu promjena učestalosti vrtnje za vrijeme rada AS moguće ostvariti optimalnu brzinu rezanja bolja kvaliteta obrade uz konstantnu brzinu rezanja
Prijenosnici za kontinuiranu promjenu učestalosti vrtnje: •
• •
mehanički - remenski - lančan hidraulični (hidromotori, hidropumpe) električni - istosmjerni kolektorski motor (DC)
- asinhroni kavezni motor(AC)
Mehanički prijenosnik
– stupnjevane remenice
– zupčanički prijenosnici (z ≤ 100) a) prijenosnik s pomičnim blokom zupčanika b) prijenosnik s spojkom c) prijenosnik s izmjenjivim zupčanicima Prigon glavnog vretena sa zupčaničkim prijenosnikom:
Prigon glavnog vretena sa numeričkim upravljanjem:
– direktan prigon GV
Motorvreteno:
– rotor EM je ujedno i GV
• • • •
služe za velike učestalosti vrtnje (18000 min -1), VBO (visokobrzinska obrada) kompaktna izvedba, visoka preciznost, jednostavna ugradnja nepovoljno toplinsko djelovanje, potrebno hlađenje motorvretena AC ili DC
Prigon za pomoćno gibanje:
•
translacijsko gibanje - pile, provlakače, blanjalice (dugohodne, kratkohodne) njihalo ili kulisa - uređaj za pretvaranje rotacije u translaciju zupčanik i zupčanička letva, pužni vijak, pužna letva
•
hidraulični cilindar - tlak p
• •
=
F A
[Pa]
- 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=Dπn) glavno vreteno – tokarilice – glodalice – bušilice – brusilice
Krutost glavnog vretena: F C = f
C - krutost glavnog vretena F - sila na glavi glavnog vretena f - progib glave glavnog vretena [f = progib ležaja (f l) + progib vretena (f v)] progib glavnog vretena utječe na točnost alatnog stroja C = 150 N/μm - produkcioni AS C = 300 N/μm - precizni AS
Ležajevi za uleženje glavnog vretena: o Kotrljajući - kuglice
o
o
- valjčići - iglice Klizni - hidrodinamski – usljed rotacije vrtnje stvara se uljni film – u početku rotacije je suho trenje (mješovito, tekuće) – stariji strojevi, veliko prigušenje, miran rad – kritični trenuci pokretanja i zaustavljanja GV - hidrostatski – u kućištu glavnog vretena postoje uljne kade ili džepovi – ulje pod pritiskom preko uljnih kada prije početka rotacije odvoji glavno vreteno od kućišta glavnog vretena (pliva u ulju - tekuće trenje), malo početno trenje i s vremenom raste – velika krutost, velika preciznost vođenja glavnog vretena, jeftino održavanje, 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 sličan hidrostatskom, zrak pod pritiskom prije rotacije odvoji glavno vreteno od kućišta glavnog retena (plivanje GV u zračnom prostoru) Magnetski – skupa elektronika – namoti magneta, osjetnik položaja – magnetsko uležištenje za vrtnje preko 50000 min -1 (glodalica) – dugotrajnost, nema trošenja – elektronika – osjetnici (senzori) mjere magnetsko polje i mjenjaju ga tako da je zračnost između GV i kućišta GV konstantna
Kotrljajuće uležištenje GV
Predopterećenje ležaja: - A-malo - B-srednje - C-veliko - G-određena vrijednost Sile predopterećenja mora biti takvo, da se kod valjnog opterećenja silama rezanja ne pojavi zračnost u ležajevima, veća je krutost i kružna točnost sustava GV.
kuglični ležaj s kosim dodirom aksijalno-radijalni ležaj
kut dodira – α = 15o - oznaka CD
– α = 25o - oznaka ACD (najveće aksijalno opterećenje) – α = 12o - oznaka CC učestalost vrtnje
krutost veliki
srednji mali
serija 719 719 CD 719 ACD
serija 70 serija 72 70 CD 72 CD 70 ACD 72 ACD 70 CC najčešća primjena radijalno-aksijalnih Serije imaju isti unutarnji promjer (osovine), a razlika je u veličini kuglice, odnosno u vanjskom promjeru. •
Karakteristika kugličnih ležaja: – „O“ ugradnja (leđa u leđa) – „X“ ugradnja (lice u lice) – tandem ugradnja Podmazivanje kotrljajućih ležaja: – mašću – vrsta masti, količina masti, trajnost masti – uljem – (vrsta, količina, masti) – optočno – kapanjem – uljnom maglom, ubrizgavanjem Svrha: smanjiti trenje i povećati trajnost ležaja (20000h)
- hibridni ležajevi – specijalni ležajevi s kosim dodirom s keramičkom kuglicom (Si 3 N4) kvalitetniji s glatkom površinom dimenzijska točnost tvrdoća 2.5 puta veća od čelične kemijska inertnost velika krutost veći modul elastičnosti niža specifična masa manji toplinski koeficjent, 80% manji koeficijent trenja Primjena: visokobrzinska vretena – motorvretena, kod radijalnog i aksijalnog opterećenja • • • • • • • • •
učestalost vrtnje
- keramička - čelična
krutost
Sklopovi AS
Prigon za pomoćno gibanje – posmično – dostavno najčešće translacijsko gibanje (pravocrtno) – rotacijsko gibanje •
•
•
mora omogućiti gibanje na alatnom stroju kojim se osigurava stalnost (kontinuitet) procesa obrade odvajanjem čestica mora omogućiti gibanja potrebna za primicanje i odmicanje te zauzimanje dubine rezanja (gibanja izvan obrade) mora omogućiti promjenu vrijednosti pomoćnog gibanja
Vf – posmična brzina [m/min] Vf = f · n f – posmak [mm] n – učestalost vrtnje [min-1]
tokarenje
Vf = f · n = f z · Z · n f z – posmak po zubu glodanje Z – broj zubi n – učestalost vrtnje posmični prigoni su manjih snaga od glavnih proigona •
Posmično gibanje
stupnjevito Vf1
Vf2
Vf3
Vfn
kontinuirano Vf min EM
Vf max
mehanički zupčanici (prijenosnik) - pomični blok zupčanika - norton prijenosnik
uređaj za promjenu smjera gibsnja uređaj za pretvaranje rotacije u translaciju - ciklični/stožni zupčanici - TNV + dvodjelna matica s spojkom - zupčanik i zupčanička letva - pužni vijak i pužna letva
TNV
Vf1
Vf2
Vf3
Vfn
glavno vreteno - hod od 6m do 8m - promjeri vretena: 16, 20, 25, 32, 40, 50, 60 - uspon vretena: 3, 6, 12, 24 ručni pomak
trapezno navojno vreteno (TNV)
dvodjelna matica (nema zračnosti)
Posmični prigon za pravocrtno gibanje kod numerički upravljanih strojeva Kibernetski krug
programirana vrijednost
servo motor (AC/DC manje snage)
uspoređivač
nosač alata ili obradka (kuglično navojno vreteno i dvodjelna matica)
mjerena vrijednost
stol
mjerni sustav
AC/DC motor posmično gibanje
Vf min
Vf max
kuglično navojno vreteno dvodjelna matica upravljačko računalo
mjerni sustav
signal povratne sprege
Prijenosnici za kontinuiranu promjenu učestalosti vrtnje:
– električni AC, DC motori Posmični prigon za pravocrtno gibanje, pomoćno gibanje
– hidraulični prijenosnik otvorenog toka – linarni motor SLIKA
kotrljajuće vodilice
stator linearnog motora
magnetska traka rotora
• • • • •
servomotor s razvijenim statorom bezkontaktne magnetske sile vrlo skupa izvedba primjena za visokobrzinske AS visokodinamički, visokoprecizni, pogodni za duge hodove, jednostavna montaža i održavanje, smanjena buka i vibracije
– zupčasti remen
– torque motor – vanjski momentni motor, vrlo krut sustav – vrlo brzi i imaju velike momente (100-750 m/min; ≤ 4500Nm) – za dinamička rotacijska gibanja (magazin alata, izmjenjivač paleta, rotacijski stolovi, zakretne glave) Postolje za prihvat vodilica i ostalih sklopova AS
Funkcija postolja: prihvat ostalih nepokretnih i pokretnih AS prihvat opterećenja (sila, moment) njihov prijenos na temelj AS • •
Oblici postolja: temeljna ploča – kod bušilica i glodalica, za prihvat stupa može se koristiti kao rezervoar za SHIP krevet – kod tokarilica, za prihvat suporta i konjića, kosa izvedba – odvođenje odvojene čestice stupovi – okrugli ili prizmatični, kod bušilica poprečna greda – kod portalne izvedbe AS, povezuje dva stupa, daje krutost stroju, za prihvat vreteništa glodaćih glava konzol – kod radijalnih bušilica, za prihvat vreteništa
Izvedba postolja: o ljevana – sivi lijev – skup je kalup, za serijsku proizvodnju AS – sivi lijev zbog grafitaima smanjen koeficjent trenja – poslje ljevanja obvezno žarenje i starenje, pjesak može ostati u šupljinama – mineralni lijev – kompozit od plastične mase i kamena, potrebna je drvena jezgra i kalup – manja specifična masa, stroj je lakši i bolje prigušuje vibracije (10X) – sporiji prijenos topline, manje linearno istezanje – veći modul elastičnosti (veća krutost) – materijal budućnosti, primjena za skupe VB AS o zavarena – čelična izvedba za pojedinačna postolja prototip ili specijalni AS, postolje zavarivanja obvezno žariti, čelični limovi Vodilice za vođenje i nošenje AS
Zadaća – povezivanje nepokretnih i pokretnih djelova AS, jedan stupanj slobode gibanja
pokretni dio učvršćenje vođenje nošenje nepokretni dio Vodilice: • klizne - hidrodinamske – suho trenje, polusuho trenje, tekuće trenje (stribeck krivulja)
– oblici: okrugle, plosnate, prizmatične, klinaste (lastin rep) – podešavanje zračnosti – klin za podešavanje zračnosti - hidrostatske – klizač pliva po uljnom filmu-tekuće trenje – kod većih strojeva
•
– uljni džepovi ili kade – visoka trajnost, nema trošenja elemenata – prije gibanja se diže klizač od postolja kotrljajuće – trenje kotrljanja je manje od klizanja – manja masa od kliznih – tračnice, klizač, kotrljajuća tijela (kuglice, valjčići, iglice) – omogućeno je brže pozicioniranje – brza i jednostavna ugradnja – gotovi kupovni elementi
klizač krajnja ploča tračnica brisač
kotrljajuća tijela kavez za kuglice
Proizvod – funkcionalnost
– tehnologičnost – trajnost – estetičnost – recikličnost – optimalnost Nove mogućnosti u razvitku AS i obradnih sustava:
– – – – – – – – – –
usavršavanje numeričkog upravljanja automatiziran način rada uz minimalno učešće 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 istrošenom i lomom oštrice alata automatska kompenzacija istrošenja oštrice alata pranje, sučenje i hlađenje obratka automatsko mjenjanje izmjena obratka
– – – – – – – – – –
čišćenje i odvođenje odvojenih čestica optimiranje režima obrade simulacija tehnološkog procesa identifikacija raznih stanja u procesu obrade kontrola temperature glavnog vretena dijagnosticiranje i signaliziranje smetnji u radu precizno održavanje i samoodržavanje povećanje snage i frekvencije vrtnje glavnog vretena (VBO) gradnja na principu paralelne kinematičke strukture AUTONOMNOST
Numerički upravljani alatni stroj: • • • • • • •
računalni upravljani alatni stroj – CNC geometrijski i tehnološki podaci se zadaju preko programa program se upisuje u upravljačku jedinicu AS obrada se vrši po programu samostojeći stroj pojedinačna ili maloserijska proizvodnja ručno intenzivno posluživanje
Obradni centar:
AIA (automatska izmjena alata) i spremište A (alata) višestranična obrada samostojeći stroj mala i srednje serijska proizvodnja često mjenjanje asortimana višestranična i višeoperacijska obrada u jednom stezanju obratka
Fleksibilna obradna ćelija (foć): o o o o o o o o
AIO (automatska izmjena obradka) i spremište O (obratka) pranje, sušenje i hlađenje obratka integrirani mjerni sustav za obradak nadzor alata glavno računalo samostojeći stroj srednje serijska proizvodnja automatiziran rad u više smjena
Fleksibilni obradni sustav (fos):
višestrojni koncept transportni sustav obradka automatska obrada vođenja vodećim računalom sustav više strojeva neovisnost o veličini serije autonoman rad u tri smjene samozapošljavanje, samoorganiziranje sustava fleksibilna automatizacija
Obradni centar
NU (numerički upravljan) stroj + AIA - međudimenzionalna točnost izratka, skraćeno je vrijeme izrade dijelova tokarski obradni centar glodaći obradni centar brusni obradni centar
Tokarski obradni centar
Obradak NU C-os
mirujući + pogonjeni alati AIA – revolverska glava
TOC + NUT + AIA mirujuće alate
NUT + AIA pogonjene alate
mirujući alat
revolverska glava – TOC mirujući alati (tokarski noževi) - obradak rotira – glavno gibanje X – promjer obratka Z – dužina obratka alat ima posmično gibanje (X i Z) pogonjeni alati - svi alati rotiraju i imaju glavno gibanje (glodala, svrdla, brusne ploče) - obradak miruje ili ima C-os - glavno gibanje je rotacija alata - alat ima posmično gibanje (X,Y,Z) TOC – elementarne površine za obradu:
- mirujući i pogonjeni alati
OC – glodaći obradni centar
spremište alata
manipulator za izmjenu alata
pogonjeni alati glavno vreteno
- osi 3D – 5D - AIO – najčešće pomoću manipulatora (TOC) i poletnih sustava (GOC) Fleksibilni obradni sustav s pravocrtnim spremištem paleta
- sustav od 2 ili više stroja NU upravljanjem 1. obradni modul 2. dvopaletna stanica za čekanje 3. uređaj za pranje, sušenje i hlađenje dijelova 4. mjerni uređaj za djelove 5. jednopaletna stanica 6. dvopaletna pravocrtna spremišta paleta 7. dvopaletna tračna robokolica 8. stanica za ulaganje sirovca i dopuštenje izratka s palete 9. spremište sirovca 10. spremište izradaka 11. prednamještanje reznog alata 12. spremište prednamještenog reznog alata
Fleksibilni obradni sustav s kružnim spremištem 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 kružno povezanih standardiziranih obradnih jedinki broj obradnih jedinki može biti neograničen kod transfer linije i mogu biti zastupljene sve obradne operacije dodatne operacije sustava mogu biti operacija kontrole i operacija montaže sirovci su istih dimenzija i oblika sirovac se centrira i steže na specijalnu paletu, pomoću koje se automatski prebacuju s jedne poeracije na sljedeću – taktno
takt određuje operacija koja vramenski najdulje traje taktnim prolaskom kroz transfer liniju sirovac je u potpunosti obrađen povratnim transporterom palete se vraćaju na početak linije
- grade se modularno od standardiziranih obradnih jedinki za različite vrste operacija Transfer linija
sirovac
standardizirane jedinke
taktno pomicanje komada
Rotofer linija
Glodaći obradni centar – GOC
AIA se odnosi na izmjenu pojedinačnih alata između spremišta i prihvata alata naalatnom stroju. pretpostavke: – adekvatni držaći alata (ISO-Sk, HSK) – prednamještanje alata – spremište alata – automatsko stezanje držača alata u GV – manipulator za izmjenu alata – NU alatnim strojem – kodiranje alata: adekvatni prihvat za polugu izmjenjivača alata, detekcija brzine i istrošenje rezne oštrice alata Osnovni držaći alata za glodanje: ISO-Sk držać alata
GV ISO 7388/1 dimenzija konusa držaća 7:24 velika masa držača i velika je dužina konusa aksijalna točnost sustava ovisi o aksijalnoj sili stezanja alata smanjena ja radijalna i aksijalna točnost sustava kod većih učestalosti vrtnje nije pogodan za VBO (visoko brzinska obrada) ISO 40, ISO 50... konus ne smije biti samokočan
HSK držaći alata o o o o o o o o
o o
oblik A ima prijenos okretnog momenta preko utora na kraju konusa Oblik B ima prijenos okretnog momenta preko utora na prirubnici B namjenjen za teže uvjete obrade (uz iste dimenzije) dimenzija konusa držaća 1:10 mala je masa držaća jer je šupliji i kraća je dužina konusa ne smije biti samokočan kratki je hod kod izvlačenja iz glavnog vretena velika aksijalna i radijalna točnost sustava, jer držač nasjeda u konus i na čelo GV AS visoka statička i dinamička krutost sustava sustav je pogodan za VBO
premještanje alata • • • •
unaprijed (prije obrade) izmjeriti određenu dimenziju oštrice alata postaviti oštricu alata na određenu dimenziju izmjerene dimenzije ponjeti u NU AS,tj. uneti u NU AS
prednamještanje alata
1) na uređaj za prednamještanje alata u službi alata (skladište), više NU AS 2) na samom alatnom stroju pomoću ticala (jedan jedini stroj)
Spremište alata prema obliku može biti: kružno lančano GOC kazetno regalno revolverska glava – TOC, NU TOC Alati u spremištu mogu biti postavljeni: redosljedno – po redosljedu odvijanja operacija nasumične – kodirani su držači alata • •
AIA GOC
GV mora stati!! 1. GV GOC 2. manipulator za iznjenu alata 3. spremište alata a. b. c. d. e.
zahvat alata u GV i spremištu alata izvlačenje alata iz GV i spremišta alata zakret poluge s alatima za 180º uvlačenje alata u GV i spremište alata zakret poluge za 90º u radni položaj stroja i zakret spremišta alata, tako da alat za slijedeću operaciju dođe u položaj zamjene
AIO – TOC (manipulator ili robot)
– GOC (palete)
skraćenje pomoćnog vremena autonomnost procesa obrade povećanje iskorištenja i proizvodnost obradnog sustava
