Wp yw eksploatacyjnego zu ycia o ysk wrzeciona frezarki sterowanej numerycznie na niepewnoêç pomiaru sondà inspekcyjnà

Transkrypt

1 Wp yw eksploatacyjnego zu ycia o ysk wrzeciona frezarki sterowanej numerycznie na niepewnoêç pomiaru sondà inspekcyjnà EL BIETA JACNIACKA LESZEK SEMOTIUK Charakterystycznà cechà procesu wytwarzania ró norodnych asortymentowo partii wyrobów jest obecnie przechodzenie z produkcji masowej na produkcj ma oseryjnà i jednostkowà. Podyktowane jest to oczywiêcie szybkim rozwojem technologii, ale równie konkurencjà na rynku wyrobów. ElastycznoÊç procesu produkcji zapewniajà mi dzy innymi obrabiarki sterowane numerycznie. Stanowià one obecnie zdecydowanie najwi kszà grup obrabiarek w wielu przedsi biorstwach zajmujàcych si wytwarzaniem elementów maszyn oraz narz dzi. G ównymi zagadnieniami zwiàzanymi z ich eksploatacjà sà diagnostyka oraz obs uga techniczna. Dr in. El bieta Jacniacka i dr in. Leszek Semotiuk sà pracownikami Politechniki Lubelskiej. Celem obs ugi technicznej jest sprawdzenie i ewentualne odtworzenie stanu zdatnoêci urzàdzenia przez zmian w asnoêci elementów (wymian lub regeneracj ). Wyró nia si nast pujàce rodzaje obs ugi technicznej [1]: przeglàd techniczny, remont bie àcy, remont Êredni, remont kapitalny, remont awaryjny. Szczegó owe zalecenia dotyczàce obs ugi technicznej konkretnej obrabiarki precyzuje dokumentacja techniczno-ruchowa. Katedra Podstaw In ynierii Produkcji Politechniki Lubelskiej eksploatuje pionowe centrum obróbkowe FV-580A wyprodukowane przez firm MOC Mechanicy z Pruszkowa. Doku- 22

2 mentacja techniczna dotyczàca tej obrabiarki precyzuje dok adnie przebieg obs ugi technicznej. Cykl remontowy tej obrabiarki, czyli okres mi dzy jednym a drugim kapitalnym remontem, obejmuje godzin pracy. W okresie tym przeprowadzane sà remonty o zmniejszonych zakresach wg ustalonej kolejnoêci i w ustalonych odst pach czasu. Do dokumentacji techniczno-ruchowej producent za àcza równie kart dok adnoêci geometrycznej obrabiarki sporzàdzonà wg PN-ISO oraz dokumentacj dotyczàcà sprawdzenia dok adnoêci pozycjonowania na podstawie normy PN-ISO dotyczàcej wyznaczania dok adnoêci i powtarzalnoêci osi sterowanych numerycznie. W zak adowym systemie zapewnienia jakoêci mogà byç uwzgl dnione dodatkowe badania, jak badania doraêne prowadzone w okreêlonych odst pach czasu. Badania te mogà tak e byç prowadzone w przypadku wystàpienia zdarzeƒ losowych, w których mog o wystàpiç podejrzenie zmiany dok adnoêci obrabiarki. Tego typu badania, zwane sprawdzeniem doraênym, wykonuje si wed ug tej samej procedury co badania odbiorcze [2]. Takim zdarzeniem losowym mo e byç kolizja lub zu ycie eksploatacyjne okreêlonego podzespo u obrabiarki. Coraz cz Êciej obrabiarki wyposa a si w sondy pomiarowe przedmiotowe pozwalajàce na prowadzenie procesów pomiarowych podczas lub po przeprowadzonym procesie obróbki. U ytkownik jednak nie zna charakterystyki metrologicznej takiego toru pomiarowego. adne normy nie precyzujà sposobu sprawdzenia niepewnoêci pomiaru tego rodzaju wewnàtrzobrabiarkowego systemu pomiarowego oraz cz stotliwoêci przeprowadzania takiego sprawdzenia. Eksploatacja wewnàtrzobrabiarkowych systemów pomiarowych wykorzystywanych do pomiaru przedmiotów obrabianych Jednym z g ównych czynników majàcych wp yw na niedok adnoêç pomiaru przedmiotów obrabianych jest dok adnoêç geometryczna obrabiarki. Metodyk prowadzenia badaƒ dok adnoêci geometrycznej okreêlajà polskie normy [3]. Nie okreêlajà jednak cz stotliwoêci prowadzenia takich badaƒ. Logiczne wydaje si przeprowadzenie tego rodzaju badaƒ po ka dym przeglàdzie okresowym, remoncie bie àcym, Êrednim i kapitalnym przewidzianym w dokumentacji techniczno-ruchowej obrabiarki oraz remoncie awaryjnym wynikajàcym z eksploatacyjnego zu ycia podzespo ów obrabiarki lub po kolizji. Równie wa nym czynnikiem majàcym wp yw na niedok adnoêç pomiaru przedmiotów obrabianych jest kalibracja sondy przedmiotowej. Katedra Podstaw In ynierii Produkcji eksploatuje dwie sondy pomiarowe przedmiotowe. Sà to sondy firmy Renishaw: sonda elektrostykowa OMP60 oraz sonda tensometryczna OMP400. Kalibracj wymienionych sond mo na przeprowadziç na dwa sposoby. Mo na wykorzystaç odpowiednie makra kalibracyjne z pakietu Inspection Plus doinstalowanego do systemu sterowania obrabiarki lub oprogramowanie np. Productivity+ (takie mo liwoêci posiada Katedra Podstaw In ynierii Produkcji Politechniki Lubelskiej). Zgodnie z zaleceniami producenta kalibracj sondy nale y przeprowadziç w nast pujàcych przypadkach [4]: w przypadku pierwszego u ycia sondy przedmiotowej, w przypadku wymiany trzpienia pomiarowego, gdy istnieje podejrzenie, e nastàpi o odkszta cenie trzpienia pomiarowego, w przypadku wystàpienia kolizji, je eli badania wykaza y z à powtarzalnoêç mocowania chwytu sondy zwi kszajàcà niepewnoêç standardowà, w regularnych odst pach czasu w celu skompensowania zmian zachodzàcych w obrabiarce. Wykonanie kalibracji sondy w sprawdzianie pierêcieniowym o znanej Êrednicy powoduje automatyczne zapami tanie jednej lub wi cej wartoêci dla promienia kulki trzpienia pomiarowego. Te zapami tane wartoêci sà nast pnie wykorzystywane przez cykle pomiarowe do uzyskania rzeczywistych rozmiarów mierzonych elementów. WartoÊci te sà tak e wykorzystywane w celu uzyskania rzeczywistych po o eƒ elementów powierzchni. Podstawà zapami tanych wartoêci promieni sà rzeczywiste punkty wyzwalania elektronicznego. WartoÊci te sà czymê innym ni rozmiary fizyczne [4]. Mo na z tego wnioskowaç, e kalibracja sondy nie tylko wprowadza poprawki dotyczàce promienia kulki pomiarowej, pozycji osi trzpienia pomiarowego w stosunku do osi samej sondy pomiarowej, ale równie uwzgl dnia czas wyzwolenia impulsu pomiarowego, kompensujàc dzia anie samego mechanizmu prze àczania sondy pomiarowej. Wp yw metody kalibracji sondy na niedok adnoêç pomiaru b dzie przedmiotem badaƒ, a wyniki badaƒ zostanà opublikowane w odr bnym artykule. Kolejnym czynnikiem majàcym wp yw na niedok adnoêç pomiaru jest dok adnoêç pozycjonowania wrzeciona w przestrzeni roboczej obrabiarki. Badania dok adnoêci pozycjonowania mo na podzieliç ze wzgl du na rodzaj badanych osi, które mogà byç liniowe bàdê obrotowe. Do badania dok adnoêci pozycjonowania wykorzystuje si interferometr laserowy. Dok adny opis badania niepewnoêci pozycjonowania okreêla Polska Norma PN-ISO oraz PN-ISO Cz stotliwoêç prowadzenia tego rodzaju badaƒ powinna byç identyczna jak w przypadku badaƒ dok adnoêci geometrycznej. Kolejnym czynnikiem decydujàcym o niepewnoêci pomiaru jest powtarzalnoêç mocowania. Wp yw powtarzalnoêci mocowania na niedok adnoêç pomiaru opisany zosta w publikacji [5]. Ostatnim czynnikiem, który mo e mieç wp yw na niepewnoêç pomiaru, jest dobór strategii pomiaru oraz parametry opisujàce niektóre sk adowe ruchy sondy pomiarowej. Dobór strategii pomiaru ograniczony jest mo liwoêciami systemów informatycznych wspomagajàcych procesy pomiaru na obrabiarkach CNC. Do programowania zabiegów kontroli z u yciem sond przedmiotowych mo na wykorzystaç takie oprogramowanie, jak: EasyProbe, Inspection, Inspection Plus, Productivity+ Active Editor Pro oraz Renishaw OMV. Ka de z nich ma swoje ograniczenia, co wp ywa na mo liwoêç doboru odpowiedniej strategii pomiarowej. Zdefiniowane zabiegi pomiarowe sk adajàce si na strategi pomiaru sà w pewien sposób sparametryzowane. Mo na mi dzy innymi 23

3 dobieraç kierunek ruchu sondy podczas pomiaru, definiowaç d ugoêç ruchu pomiarowego oraz jego pr dkoêç. Wp yw doboru strategii pomiaru oraz poszczególnych parametrów zabiegów pomiarowych na niepewnoêç pomiaru b dzie przedmiotem badaƒ. Analiza literatury o zasi gu Êwiatowym wykaza a, e wiele oêrodków badawczych zajmuje si badaniami systemów pomiarowych wykorzystujàcych sondy pomiarowe przedmiotowe. Badania dotyczà w g ównej mierze integracji procesu wytwarzania i procesu pomiarów na obrabiarkach CNC (CLM closed-loop machining) [6 10], oraz porównania dok adnoêci pomiarów prowadzonych na maszynach CMM i CNC [11 13]. Trudno jest jednak doszukaç si publikacji dotyczàcych eksploatacji tego typu uk adów pomiarowych w warunkach prowadzenia procesu wytwarzania z uwzgl dnieniem awarii poszczególnych podzespo ów obrabiarki wynik ych z procesu ich zu ywania si lub powsta ych na skutek kolizji. G ównym celem niniejszego artyku u jest analiza jednoosiowej niepewnoêci pomiaru wewnàtrzobrabiarkowego systemu pomiarowego przed i po wymianie o ysk wrzeciona pionowego centrum obróbkowego FV-580A. Wymiana o ysk podyktowana by a ich zu yciem eksploatacyjnym i nastàpi a po 690 h pracy obrabiarki. Zu ycie o ysk mog o mieç wp yw na bicie promieniowe wrzeciona oraz na przemieszczenie i odchylenie jego osi. O ile bicie nie ma wp ywu na dok adnoêç pomiaru, poniewa sonda podczas prowadzenia procesów pomiarowych na obrabiarce nie obraca si, o tyle przemieszczenie i odchylenie osi wrzeciona mog o mieç wp yw na niepewnoêç pomiaru. NiestabilnoÊç pozycji osi wrzeciona mog y wywo ywaç równie ruchy pozycjonujàce i pomiarowe podzespo ów obrabiarki oraz nacisk pomiarowy sondy. Jakakolwiek zmiana pozycji osi sondy pomiarowej w stosunku do pozycji wrzeciona obrabiarki spowoduje zaburzenie cyklu kalibracji, co w konsekwencji prowadzi do b dów pomiaru. Istotnym elementem prowadzenia procesu wymiany o ysk wrzeciona obrabiarki jest proces monta u. Proces ten powinien zapewniç powtarzalnoêç monta u i nie powinien mieç wp ywu na dok adnoêç geometrycznà remontowanego podzespo u obrabiarki. Badania przedstawione w tym artykule powinny daç odpowiedê na pytanie, czy proces zu ywania si o ysk wrzeciona ma wp yw na dok adnoêç prowadzonych pomiarów na obrabiarce CNC oraz czy proces wymiany o ysk mia wp yw na zmniejszenie niepewnoêci pomiaru prowadzonego za pomocà sondy przedmiotowej. Budowa stanowiska pomiarowego System pomiarowy sk ada si z centrum obróbkowego FV-580A z systemem sterowania Fanuc 0iMC wyposa onego w bezpoêredni uk ad pomiarowy oraz ze stykowej sondy przedmiotowej OMP60 firmy Renishaw. Maksymalne przesuwy sto u i wrzeciona obrabiarki wynoszà dla: osi X 580 mm, osi Y 420 mm i dla osi Z 520 mm. Obrabiarka znajduje si na wyposa eniu Katedry Podstaw In ynierii Obróbki i wykorzystywana jest do prowadzenia prac badawczych przez pracowników Katedry oraz na potrzeby prowadzonych prac dyplomowych. Parametry techniczne sondy przedmiotowej zamieszczono w publikacji [3]. Do programowania cykli pomiarowych wykorzystano pakiet Inspection Plus zainstalowany w systemie sterowania obrabiarki przez producenta sondy i to on w aênie wyznacza zakres mo liwoêci pomiarowych systemu. Sonda by a wyposa ona w ceramiczny trzpieƒ pomiarowy o d ugoêci 100 mm zakoƒczony kulkà rubinowà o Êrednicy 6 mm. PowtarzalnoÊç jednokierunkowa sondy 2σ wynosi a ± 1 µm. Firma Renishaw zaleca okresowe sprawdzanie sond pomiarowych w celu zapewnienia im odpowiednich parametrów dok adnoêciowych. Tego typu testy mo na wykonaç np. za pomocà systemu Portable Probe Test Rig (PPTR). System ten zapewnia zgodnoêç pomiarów z procedurà QA319 firmy Renishaw stosujàcà system zarzàdzania jakoêcià BS EN ISO 9001:2000. Zgodnie z zaleceniami producenta sprawdzeniu powinny zostaç poddane wszystkie sondy, które uleg y wczeêniejszej kolizji, bowiem istnieje ryzyko, e choç uk ad prze àczajàcy sondy generuje impulsy umo liwiajàce rejestracj punktów pomiarowych, dok adnoêç sondy zosta a utracona. Sonda OMP60 wykorzystana do pomiarów na potrzeby niniejszego artyku u jest sondà wykorzystywanà tylko do prowadzenia badaƒ naukowych. Czas pracy tej sondy szacuje si w granicach 10 h. Autorzy artyku u za o yli, e niepewnoêç prze àczania mechanizmu sondy pomiarowej jest zgodna z danymi producenta i by a niezmienna w trakcie badaƒ niepewnoêci pomiaru zarówno przed wymianà o ysk, jak i po ich wymianie. Ponadto, zgodnie z danymi producenta, niepewnoêç prze àczania sondy powinna zostaç skompensowana podczas procesu kalibracji. W trakcie prowadzenia pomiarów sond kalibrowano dwukrotnie w sprawdzianie pierêcieniowym przed i po wymianie o ysk. Jako koƒcowe wzorce d ugoêci stosowano p ytki wzorcowe klasy 1 o nast pujàcych d ugoêciach: dla osi X i Y 100 mm, 150 mm, 200 mm, 300 mm i 400 mm, natomiast dla osi Z ze wzgl du na ograniczenie przestrzeni pomiarowej wynikajàce z wymiarów sondy i d ugoêci trzpienia: 50 mm, 100 mm oraz 150 mm. P ytki wzorcowe przy wyznaczaniu dok adnoêci dla osi X i Y podpierano w punktach Airy ego na wa eczkach pomiarowych o Êrednicy 1,010 mm i ustawiano równolegle do przesuwu wrzeciona obrabiarki. Równoleg oêç sprawdzano czujnikiem zamocowanym do wrzeciona obrabiarki. NiepewnoÊç pomiaru czujnikiem wynosi a ± 0,01. D ugoêç p ytki mierzona by a jako odleg oêç dwóch punktów na p aszczyênie pomiarowej p ytki. P ytki wzorcowe przed pomiarem ustawiono na stole obrabiarki i pozostawiono na 24 godziny w celu wyrównania temperatury. Ponadto do monitorowania temperatury otoczenia i sto u obrabiarki wykorzystano stacj meteo, która znajduje si na wyposa eniu interferometru laserowego LSP30. Ró nica temperatur podczas wykonywania pomiarów waha a si w granicach ±1 C. Dla wszystkich p ytek wzorcowych wykonano po trzydzieêci powtórzeƒ pomiaru zgodnie z zaleceniami zawartymi w [14]. Do pomiaru p ytek wzorcowych ustawionych wzd u osi X i Y wykorzystano cykl pomiarowy G65P9812 (pomiar ebra/kieszeni) [4]. Zasada pomiaru pokazana zosta a na rys. 1a. Do pomiaru p ytek ustawionych wzd u osi Z wykorzystano cykl pomia- 24

4 Rys. 1. Schemat przebiegu cyklu pomiarowego: a) G65P9812 oznaczenia: 1 wybór sondy, 2 ustalenie pozycji startowej, 3 pozycjonowanie, 4 w àczenie sondy, 5, 7 zabezpieczone pozycjonowanie, 6 pomiar, 8 wy àczenie sondy, 9 powrót referencyjny, b) G65P9811 oznaczenia: 1 wybór sondy, 2 ustalenie pozycji startowej, 3 pozycjonowanie, 4 w àczenie sondy, 5, 7, 8, 10 zabezpieczone pozycjonowanie, 6, 9 pomiar, 11 wy- àczenie sondy, 12 powrót referencyjny rowy G65P9811 (pomiar prostej powierzchni XYZ w celu ustalenia rozmiaru lub po o enia) [4], którego schemat pomiarowy pokazany zosta na rys. 1b. W celu ustabilizowania parametrów obrabiarki w trakcie pomiarów, obrabiark w àczono na godzin przed wykonaniem serii pomiarowych, a nast pnie przeprowadzono jednà próbnà seri pomiarowà (30 powtórzeƒ), której wyniki nie by y brane pod uwag. Zak adajàc, e czas jednego pomiaru to 80 s, mo na przyjàç, e ca y proces trwania stabilizacji parametrów obrabiarki to 1/2 godziny (bioràc pod uwag ruchy pozycjonowania sondy w trakcie pomiaru). Badania przeprowadzono dwukrotnie, przed wymianà o ysk wrzeciona frezarki oraz po ich wymianie. Poniewa w tym okresie na badanej obrabiarce nie by y prowadzone adne inne prace badawcze czy te wynikajàce z przeznaczenia eksploatowanej obrabiarki przez Katedr, za o ono, e stan geometryczny i kinematyczny obrabiarki w trakcie prowadzonych badaƒ by niezmienny. Wrzeciono (rys. 2) jest u o yskowane w wysoko precyzyjnych o yskach kulkowych skoênych. Wymiana o ysk by a podyktowana ich zu yciem. Objawem zu ycia by ha as dochodzàcy z korpusu wrzeciona obrabiarki. Zgodnie z dokumentacjà techniczno- -ruchowà obrabiarki zdemontowano zespó wrzeciona i wys ano do naprawy. Wymian o ysk przeprowadzono w Fabryce o ysk Tocznych w KraÊniku (F T-KraÊnik SA). Wyniki pomiarów i ich analiza Badania obejmowa y wyznaczenie jednoosiowej dok adnoêci (powtarzalnoêci i poprawnoêci) dla ka dej z osi obrabiarki z u yciem koƒcowych wzorców d ugoêci przed wymianà o ysk i po wymianie o ysk wrzeciona frezarki FV-580A. Przed wykonaniem czynnoêci pomiarowych przeprowadzono kalibracj sondy Rys. 2. Schemat wrzeciona frezarki FV-580A z zaznaczonymi o yskami skoênymi [15] TABELA I. Analiza wyników pomiarów dla osi X Wymiar p ytki, mm Przed wymianà o ysk Po wymianie o ysk Ârednia 100, , , , , , , ,010 NiepewnoÊç standardowa u A 0,0004 0,0003 0,0004 0,0005 0,0005 0,0005 0,0005 0,0005 Z o ona niepewnoêç standardowa u 0,0006 0,0005 0,0006 0,0008 0,0006 0,0006 0,0007 0,0008 NiepewnoÊç rozszerzona U 0,0012 0,0010 0,0012 0,0016 0,0012 0,0012 0,0014 0,0016 Systematyczny b àd wskazania 0,011 0,013 0,014 0,016 0,002 0,005 0,003 0,010 Poprawka P Ex -0,011-0,013-0,014-0,016-0,002-0,005-0,003-0,010 TABELA II. Analiza wyników pomiarów dla osi Y Wymiar p ytki, mm Przed wymianà o ysk Po wymianie o ysk Ârednia 100, , , , , , , ,001 NiepewnoÊç standardowa u A 0,0004 0,0005 0,0005 0,0009 0,0004 0,0003 0,0003 0,0003 Z o ona niepewnoêç standardowa u 0,0005 0,0007 0,0007 0,0011 0,0005 0,0005 0,0006 0,0007 NiepewnoÊç rozszerzona U 0,0010 0,0014 0,0014 0,0022 0,0010 0,0010 0,0012 0,0014 Systematyczny b àd wskazania 0,009 0,006 0,006 0,005 0,007 0,009 0,001 0,001 Poprawka P Ex -0,009-0,006-0,006-0,005-0,007-0,009-0,001-0,001 25

5 zgodnie z instrukcjà, zamieszczonà w [4]. Kalibracj przeprowadzono dwukrotnie: dla pomiarów prowadzonych przed i po wymianie o ysk. Na podstawie przeprowadzonych pomiarów obliczono: Êrednià arytmetycznà, niepewnoêç standardowà u a, z o onà niepewnoêç standardowà u, niepewnoêç rozszerzonà U oraz wartoêci poprawki P Ex. Wszystkie zale noêci, na podstawie których przeprowadzono obliczenia, zamieszczone zosta y w publikacji [3]. Wyniki dla poszczególnych osi obrabiarki przedstawiono w tabelach I III. Analizujàc wyniki zaprezentowane w tabelach I III mo na zauwa yç, e niepewnoêç pomiaru wewnàtrzobrabiarkowego systemu pomiarowego z zastosowaniem sondy przedmiotowej OMP60 zarówno przed, jak i po wymianie o ysk jest znacznie mniejsza od systematycznego b du wskazania. Systematyczny b àd wskazania po wymianie o ysk przyjà mniejsze wartoêci w wi kszoêci analizowanych przypadków, co jest korzystne ze wzgl du na eksploatacj takiego uk adu pomiarowego, bo Êwiadczy o lepszej wspó osiowoêci wrzeciona obrabiarki z osià sterowanà Z. Maksymalne wartoêci niepewnoêci rozszerzonej oscylowa y w granicach 0,002 mm zarówno przed, jak i po wymianie o ysk wrzeciona. Âwiadczy to o tym, e zespó czynników wp ywajàcych na rozrzut wyników pomiarowych nie uleg zmianie, czyli monta wrzeciona nie pogorszy struktury geometrycznej obrabiarki. Âwiadczy o tym tak e przeprowadzona analiza statystyczna. Stosujàc test Fischera Snedocora [16] na poziomie ufnoêci α = 0,95, stwierdzono równoêç wariancji (z wyjàtkiem p ytki o d ugoêci 300 mm ustawionej równolegle do osi Y) dla wyników pomiarów uzyskanych przed i po wymianie o ysk. Na rys. 3a 5a przedstawiono rozk ad wartoêci pomiarowych uzyskanych przy pomiarach p ytki wzorcowej o d ugoêci 150 mm ustawionej równolegle kolejno do trzech osi obrabiarki. Analiz przeprowadzono dla p ytki 150 mm, poniewa by a to najd u sza p ytka mo liwa do zmierzenia w kierunku osi Z badanego systemu pomiarowego. Wykresy obrazujà zmian rozrzutu wartoêci mierzonej po wymianie o ysk w porównaniu ze stanem przed wymianà. Krzywe rozrzutu le à zawsze po jednej stronie wymiaru nominalnego. System pomiarowy ma tendencj do zawy ania wartoêci pomiarowych. Mo na to zmieniç, korygujàc wynik pomiaru przez wprowadzenie poprawki P Ex. Wykresy 3b 5b przedstawiajà po o enie krzywych rozk adu wartoêci mierzonych po zastosowaniu poprawki. Krzywe rozk adu oscylujà tutaj ju na poziomie wymiaru nominalnego p ytki wzorcowej. Poprawk P Ex wyznaczono na podstawie Êredniej arytmetycznej. Z tego wzgl du przeprowadzono test Fischera równoêci Êrednich. Porównywano Êrednie arytmetyczne d ugoêci p ytek zmierzone przed i po wymianie o ysk. Dla wi kszoêci przypadków hipotez o równoêci Êrednich na poziomie ufnoêci α = 0,95 nale y odrzuciç. Przeprowadzona analiza statystyczna, wykresy i tabele wskazujà jednoznacznie na koniecznoêç wzorcowania wewnàtrzobrabiarkowego systemu pomiarowego z sondà inspekcyjnà nawet po najmniejszej ingerencji w zmian struktury geometrycznej obrabiarki. Wnioski Na podstawie analizy wyników pomiarów mo na przedstawiç nast pujàce wnioski dotyczàce eksploatacji wewnàtrzobrabiarkowego systemu pomiarowe- TABELA III. Analiza wyników pomiarów dla osi Z Wymiar nominalny p ytki, mm Przed wymianà o ysk Po wymianie o ysk Ârednia 49, , ,013 50, , ,017 NiepewnoÊç standardowa u A 0,0001 0,0003 0,0001 0,0001 0,0003 0,0001 Z o ona niepewnoêç standardowa u 0,0004 0,0005 0,0005 0,0004 0,0005 0,0005 NiepewnoÊç rozszerzona U 0,0008 0,0010 0,0010 0,0008 0,0010 0,00010 Systematyczny b àd wskazania -0,001 0,002 0,013 0,006 0,010 0,017 Poprawka P Ex +0,001-0,002-0,013-0,006-0,010-0,017 Rys. 3. Rozk ad wartoêci pomiarowych dla p ytki wzorcowej L = 150 mm w osi X: a) bez uwzgl dnienia poprawki P Ex, b) z uwzgl dnionà poprawkà P Ex 26

6 Rys. 4. Rozk ad wartoêci pomiarowych dla p ytki wzorcowej L = 150 mm w osi Y: a) bez uwzgl dnienia poprawki P Ex, b) z uwzgl dnionà poprawkà P Ex Rys. 5. Rozk ad wartoêci pomiarowych dla p ytki wzorcowej L = 150 mm w osi Z: a) bez uwzgl dnienia poprawki P Ex, b) z uwzgl dnionà poprawkà P Ex go wykorzystujàcego przedmiotowà sond pomiarowà: 1. Wymiana o ysk wrzeciona obrabiarki spowodowa a niewielkà zmian niepewnoêci rozszerzonej badanego systemu pomiarowego. Âwiadczy to o tym, e wymiana o ysk ma wp yw na niepewnoêç pomiaru wewnàtrzobrabiarkowego systemu pomiarowego. 2. Analiza wartoêci poprawki P Ex dla pomiarów wzd u osi Z wskazuje na wzrost jej wartoêci po przeprowadzonym monta u w stosunku do stanu sprzed naprawy. Mo e to Êwiadczyç o wi kszym luzie osiowym zespo u wrzeciona. Taki stan mo e byç spowodowany gorszà jakoêcià zastosowanych nowych o ysk lub o mniej precyzyjnym monta u o ysk wrzeciona obrabiarki. 3. Wymiana podzespo ów majàcych wp yw na dok adnoêç geometrycznà obrabiarki pociàga za sobà koniecznoêç ponownego wzorcowania uk adu pomiarowego i ponownego wyznaczenia poprawek. Ma to na celu zbadanie rozk adu wartoêci mierzonych i ewentualnà ich korekcj z uwzgl dnieniem poprawek. 4. Systematyczne wzorcowanie systemu pomiarowego mo e byç pomocne w ocenie stanu technicznego obrabiarki. Pojawiajàce si zwi kszone wartoêci poprawek i niepewnoêci rozszerzonej na skutek eksploatacyjnego zu ycia jej podzespo ów b dà sygna em o koniecznoêci przeprowadzenia diagnostyki stanu technicznego obrabiarki. LITERATURA 1. Honczarenko J.: Obrabiarki sterowane numerycznie. WNT, Warszawa Ratajczyk E.: Wspó rz dnoêciowa technika pomiarowa. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa Jacniacka E., Semotiuk L., PieÊko P.: NiepewnoÊç pomiaru wewnàtrzobrabiarkowego systemu pomiarowego z zastosowaniem sondy OMP60. Przeglàd Mechaniczny nr 6/2010, ss Pakiet oprogramowania Inspection Plus. Podr cznik programowania. Renishaw Jacniacka E., Semotiuk L.: PowtarzalnoÊç mocowania jako sk adnik bud etu niepewnoêci pomiaru sondà przedmiotowà na obrabiarkach CNC. XIV Krajowa i V Mi dzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna Metrologia w Technikach Wytwarzania, Warszawa (w druku). 6. Duan X., Wang X., Liu W., Liu H., Huo Y.: Development of on-line inspection system for machine center based on CAD. International Conference on Automation and Logistics Qingdao, China Kwon Y., Tseng T. L., Ertekin Y.: Characterization of closedloop measurement accuracy in precision CNC milling. Robot Computer-Integrated Manufacturing 22/2006, pp Kwon Y., Jeongb M. K., Omitaomu O. A.: Adaptive support vector regression analysis of closed-loop inspection accuracy. International Journal of Machine Tools & Manufacture 46/2006, pp Kumara S., Nassehia A., Newmana S. T., Allenb R. D., Tiwaric M. K.: Process control in CNC manufacturing for discrete components: A STEP-NC compliant framework. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing 23/2007, pp

7 Pr dkoêç wzrostu p kni ç zm czeniowych przy zginaniu w p askich próbkach wykonanych z kompozytu stal-tytan ROBERT BA SKI DARIUSZ ROZUMEK Platery sà to materia y kompozytowe sk adajàce si z dwóch lub wi cej warstw ró nych metali trwale z àczonych ze sobà, co jest wynikiem dzia ania temperatury, odkszta cenia plastycznego, ciênienia lub pró ni podczas wytwarzania. Platerowanie mo e si odbywaç na zimno lub na goràco. Jedna z metod to platerowanie wybuchowe. Materia y platerowane metodà wybuchowà sà coraz szerzej stosowane w ró norodnych ga ziach przemys u. Pokrycie tà metodà stali konstrukcyjnych tytanem znacznie obni a koszty aparatury, wymagajàcej wysokiej odpornoêci korozyjnej czy temperaturowej [1]. Materia taki jest szeroko stosowany do budowy aparatury procesowej w przemyêle chemicznym lub na konstrukcje wymienników ciep a w energetyce. Jako Rys. 1. Proces zgrzewania wybuchowego i jego parametry Dr in. Robert Baƒski i dr hab. in. Dariusz Rozumek, prof. nadzw. PO sà pracownikami Katedry Materia oznawstwa i Technologii Bezwiórowych oraz Katedry Mechaniki i Podstaw Konstrukcji Maszyn Politechniki Opolskiej, ul. Miko- ajczyka 5, Opole. Dokoƒczenie z 27 str. 10. Ali L., Newman S. T., Petzing J.: Development of a STEPcompliant inspection framework for discrete components. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part B: Journal of Engineering Manufacture 7/2005 (vol. 219), pp Kamieƒska-Krzowska B., Semotiuk L., Czerw M.: Analiza mo liwoêci zastosowania sondy przedmiotowej do kontroli czynnej na pionowym centrum obróbkowym FV-580A. Acta mechanica at automatica 2/2007 (Vol. 1), pp Chen A. H.: Integrated inspection for precision part production. Georgia Institute of Technology Xingguang D., Xinian W., Wanming L., Hongyun L., Yi H.: Development of on-line inspection system for machine center based on CAD. International Conference on Automation and Logistics Qingdao, China Dokument EA-4/02. Wyra anie niepewnoêci przy wzorcowaniu. GUM, Warszawa Instrukcja u ytkowania. Centrum obróbkowe pionowe FV-580A. MOC Mechanicy, Pruszków Volk W.: Statystyka stosowana dla in ynierów. WNT Warszawa przyk ady mo na wymieniç, zbiorniki wymienników ciep a, wanny elektrolizerów, zbiorniki ciênieniowe i inne. Proces zgrzewania wybuchowego i jego parametry pokazano na rys. 1. Tytanowa cieƒsza p yta h 2 nastrzeliwana jest na stalowà p yt podstawowà, umieszczonà równolegle w pewnej odleg oêci H 1 nad p ytà podstawowà (bazowà). Odleg oêç ta jest tak dobrana, aby p yta z tytanu zderzy a si z p ytà bazowà po przyspieszeniu do odpowiedniej pr dkoêci zderzenia v P. Odleg oêç H 1 jest utrzymana przez podk adki podpierajàce (dystansowe), które tak zaprojektowano, aby nie by y przeszkodà w trakcie àczenia blach. Parametry uk adu detonacyjnego dobiera si tak, aby zapewniç odpowiednià pr dkoêç detonacji v D i uzyskaç wymaganà iloêç energii potrzebnà do po àczenia blach. Materia wybuchowy w postaci granulatu jest jednolicie rozsypany na ca ej powierzchni blachy z tytanu na wysokoêci H 2 i jest on ograniczony ramkà okalajàcà, umieszczonà dooko a kraw dzi p yty nastrzeliwanej. Uk ad ten jest zapalany w Êcis e zaplanowanym miejscu przy u yciu detonatora o wysokiej pr dkoêci detonacji. Front detonacji przemieszcza si od punktu pobudzenia przez ca à powierzchni blachy do jej kraw dzi, a linie frontu detonacji tworzà kszta t okr gów. Ekspansja gazów detonacji wybuchowej przyspiesza p yt nastrzeliwanà na odcinku odleg oêci dystansowej H 1, doprowadzajàc do zderzenia kàtowego β o ÊciÊle okreêlonej pr dkoêci v P. W wyniku zderzenia, w punkcie kolizji C powstaje bardzo wysokie ciênienie, które dociska do siebie powierzchnie àczonych blach. Powierzchnie te sà oczyszczane z tlenków i innych zanieczyszczeƒ strumieniem powietrza wypychanego spomi dzy àczonych p yt z pr dkoêcià ponaddêwi kowà v K. W punkcie kolizji C metalicznie czyste powierzchnie sà dociskane ciênieniem rz du kilku GPa, w wyniku czego powstaje wysokiej jakoêci z àcze stal-tytan bez przetopienia materia ów. W aêciwe parametry zderzenia dla okreêlonego po àczenia sà zale ne od typu àczonych metali, ich gruboêci i w aêciwoêci mechanicznych. Dobór w aêciwych parametrów zderzenia determinuje jakoêç uzyskanego z àcza. Parametry zderzenia sà ze sobà powiàzane równaniem [2]: v p = 2v C sin(β/2) (1) Je eli àczone p yty sà równoleg e wzgl dem siebie, pr dkoêç punktu zderzenia v C równa jest pr dkoêci detonacji v D. Pr dkoêç detonacji v D zale na od rodzaju àczonych metali wynosi od 2000 do 3500 m/s. Kàt zderzenia β jest zmiennà zale nà i wynika z pr dkoêci detonacji v D oraz odleg oêci dystansowej pomi dzy 28