PROBLEMY EKSPLOATACJI MASZYN TECHNOLOGICZNYCH PODCZAS OBRÓBKI Z DUŻYMI PRĘDKOŚCIAMI SKRAWANIA

HTML
DOWNLOAD

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "PROBLEMY EKSPLOATACJI MASZYN TECHNOLOGICZNYCH PODCZAS OBRÓBKI Z DUŻYMI PRĘDKOŚCIAMI SKRAWANIA"

Katarzyna Maciejewska
9 lat temu
Przeglądów:

1 PROBLEMY EKSPLOATACJI MASZYN TECHNOLOGICZNYCH PODCZAS OBRÓBKI Z DUŻYMI PRĘDKOŚCIAMI SKRAWANIA dr hab. inż. Krzysztof J. Kaliński Politechnika Gdańska Wydział Mechaniczny Gdańsk,

2 HIGH SPEED MACHINING obróbka mechaniczna przy dużych prędkościach HSM skrawania high speed cutting HSC frezowanie Korzyści Sposób zwiększenia wydajności oraz poprawy jakości wykonania wyrobów Duża wydajność obróbki przy znacznie mniejszych naddatkach Duża koncentracja operacji (ruchy narzędzia) uzasadnienie ekonomiczne Technologia HSM optymalne współdziałanie komponentów poprawa jakości obróbki jakość powierzchni niski poziom drgań małe siły skrawania PROCES skrócenie czasu wytwarzania większe prędkości skrawania OBRABIARKA NARZĘDZIE większa wydajność skrawania krótsze czasy jałowe obniżenie kosztów krótszy jednostkowy czas wytwarzania HSM KONSTRUKCJA PRZEDMIOT krótszy czas pracy obrabiarki lepsze wykorzystanie narzędzi MATERIAŁ obróbka bez chłodziwa aspekt ekologiczny obróbka stopów bezołowiowych

obróbki jakość powierzchni niski poziom drgań małe siły skrawania PROCES skrócenie czasu wytwarzania większe prędkości skrawania OBRABIARKA NARZĘDZIE większa wydajność skrawania krótsze czasy jałowe

3 Duża wydajność skrawania Cecha Wykorzystanie Przykłady Bardzo dobra jakość powierzchni Małe siły skrawania stopy metali lekkich stal żeliwo obróbka precyzyjna przedmioty specjalne przemysł lotniczy, kosmiczny, matryce i formy przemysł optyczny, dokładne elementy mechaniczne przedmioty cienkościenne przemysł lotniczy, kosmiczny, motoryzacja, wyposażenie wnętrz Duże częstości wymuszeń obróbka powyżej częstości krytycznych Odprowadzanie ciepła przez wióry obróbka przedmiotów podatnych na wpływ ciepła mechanika precyzyjna przemysł optyczny mechanika precyzyjna stopy magnezu

przedmioty cienkościenne przemysł lotniczy, kosmiczny, motoryzacja, wyposażenie wnętrz Duże częstości wymuszeń obróbka powyżej częstości

4 t rwa łość ostrza [m] Główne problemy duże siły odśrodkowe bezwładności obszar intensywnych badań wzrost prędkości skrawania obniżenie trwałości ostrzy optymalizacja parametrów skrawania prędkość skrawania, posuw na ostrze kąt pochylenia narzędzia trwałość ostrza, jakość powierzchni, dokładność wymiarowa, stabilność obróbki dobór materiału narzędzia geometria narzędzia, długość mocowania w uchwycie strategia obróbki mechanicznej możliwość wykonania wyrobu różnymi sposobami frezowanie współbieżne frezowanie przeciwbieżne obróbka dużych powierzchni ruchy jałowe mała wydajność Utrata stabilności frezowanie zigzag chropowatość Rz [µm] trwałość ostrza [m] frezowanie współbieżne frezowanie przeciwbieżne frezowanie zigzag Przedmiot obrabiany: stal 4 CrMnMo7 Narzędzie: frez kulisty φ2 liczba ostrzy z=1 Materiał ostrza: P4, P5 TiN Prędkość skrawania: v c =3 m/min Posuw na ostrze: f z =.3 mm głębokość a p =1 mm FILM 1

uchwycie strategia obróbki mechanicznej możliwość wykonania wyrobu różnymi sposobami frezowanie współbieżne frezowanie przeciwbieżne obróbka dużych powierzchni ruchy jałowe mała wydajność Utrata

5 szybkość pracy maszyny + wzrost dokładności napęd liniowy posuwu przyspieszenie do 3 m/s 2 lepsza dokładność odwzorowania konturu redukcja czasów pomocniczych prędkość posuwu [mm/min] Frezarka 3 osiowa z napędem liniowym TH Darmstadt napęd liniowy napęd konwencjonalny przyśpieszenie [m/s 2 ] 2 R V / a = f max promień krzywizny [mm] Przeznaczenie: obróbka matryc i form Dokładność dynamiczna: < 5µm przy prędkości posuwu 2 m/min

napędem liniowym TH Darmstadt napęd liniowy napęd konwencjonalny przyśpieszenie [m/s 2 ] 2 R V / a = f max

6 OBRÓBKA KONWENCJONALNA konstruowanie planowanie procesu skrawaniem obróbka ręczna wykańczająca montaż zgrubna dokładna CAD/CAM HSC oszczędność czasu HSC OBRÓBKA TYPU HSM

7 Centrum obróbkowe urządzeń do wytłaczania Zakłady SKODA montaż Czas [h] Operacje wykańczające Obróbka mechaniczna Programowanie NC system transportu Obróbka NC HSM Etapy skrawania Urządzenie do wytłaczania dachu Skrawanie zgrubne Kontrola dopasowanie Obróbka wykańczająca Skrawanie zgrubne Skrawanie zgrubne HSM skrócenie operacji wykańczających Geometria końcowa

skrawania Urządzenie do wytłaczania dachu Skrawanie zgrubne Kontrola dopasowanie Obróbka

8 Koszt [%] PRZEMYSŁ SAMOCHODOWY Produkcja seryjna Obróbka Koszt [%] mechaniczna Zgrubna 12 Połwykańczająca 25 Wykańczająca 25 Wykańczanie ręczna 16 Prace ślusarskie 22 Razem 1 Pozostałe Obróbka mechaniczna Materiał Wytwarzanie matryc i form Istotny udział w kosztach Obróbka powierzchni zakrzywionych minimalizacja błędu konturu R th R b r Kontur th b zadany r Kontur rzeczywisty Prędkość skrawania HSM R th [µm] R th = D 2 1 D 2 b 4 2 r b r 2 b r [mm] D 3 R th D = 1 mm v f R th 4

form Istotny udział w kosztach Obróbka powierzchni zakrzywionych minimalizacja błędu konturu R th R b r Kontur th b zadany r

9 Centrum obróbkowe HSM typu FIDIA Digit 165 Volkswagen Braunschweig Dane techniczne: Max. prędkość obrotowa wrzeciona 28 obr/min Max. prędkość posuwu stołu Moc 27 m/min 12 kw Przestrzeń robocza mm Wymiary stołu 14 8 mm Automatyczny magazyn 15 narzędzi Mocowanie narzędzi uchwyt HSK 5E + mocowanie stożkowe bicie promieniowe < 5 µm Układ sterowania FIDIA M3/MNC53 FILM 2

prędkość posuwu stołu Moc 27 m/min 12 kw Przestrzeń robocza 1 6 5 mm Wymiary stołu 14 8 mm

10 Pionowe centrum frezarskie VMC FADAL 42HT max. pr dko obrotowa 1 obr/min Elementy nap du g ównego: silnik asynchroniczny wektorowa regulacja k ta przesuni cia fazowego dwubiegowa przek adnia pasowa krótkie, sztywne wrzeciono Frezowanie d ugimi narz dziami frezy walcowo czo owe frezy kuliste Wiercenie g bokich otworów zwi kszanie rednicy wiert a

regulacja k ta przesuni cia fazowego dwubiegowa przek adnia pasowa krótkie, sztywne

11 CYFROWY SYSTEM STEROWANIA PR DKO CI OBROTOW WRZECIONA RS232 CNC Nadzorowania drga za pomoc sterowanej programowo pr dko ci obrotowej wrzeciona (Kali ski K., 22) KOMPUTEROWY SYSTEM Uchwyt mocuj cy czujniki Czujnik 2 Czujnik 1 VMC FADAL 42HT x 3 x 3 Mechatronika dyrektoriat XII Komisji Europejskiej synergiczna kombinacja wiedzy z zakresu mechaniki, elektroniki oraz algorytmicznego sterowania POMIARU DRGA A/C ANALIZY DRGA x 1 S h C2 Procedura nadzorowania drga : FILTRY ANALOGOWE PROGRAMOWANE CYFROWO WZMACNIACZ 4 KANA OWY PROKSIMITORY x 1 x1 x 1 v f n(t) S x 2 x 2 a p h C1 Symulacja komputerowa on line sterowania pr dko ci obrotow wrzeciona Rezultat: program zmiennej w czasie pr dko ci obrotowej Detekcja drga chatter analiza widmowa, analiza przebiegów czasowych Sterowanie on line realizowane na obiekcie rzeczywistym wykorzystanie programu zmiennej pr dko ci obrotowej

elektroniki oraz algorytmicznego sterowania POMIARU DRGA A/C ANALIZY DRGA x 1 S h C2 Procedura nadzorowania drga : FILTRY ANALOGOWE PROGRAMOWANE CYFROWO WZMACNIACZ 4 KANA OWY PROKSIMITORY x 1 x1 x 1

12 Frezowanie czo owe rowka Narz dzie: frez trzpieniowy NOMA W W Przemieszczenie [mm] 1-2 a p =.5 mm, n =3 obr/min 7 v f =12 mm/min RMS=.21 mm Czas [s] Amplituda [mm] Skrawanie niestabilne Cz stotliwo [Hz] Przedmiot obrabiany: PA6 125 HB Wymiary: Rezultat: Bardzo dobra skuteczno nadzorowania Pr dko obrotowa [obr/mim] Przemieszczenie [mm] Programowa zmiana pr dko ci t j =.3 s n =3 obr/min Czas [s] a 1-2 p =.5 mm, n =3 obr/min 7 v f =12 mm/min 25 6 RMS=.126 mm F ch = F RMS = Skrawanie z nadzorowaniem drga Czas [s] Cz stotliwo [Hz] 1 Amplituda [mm]

Pr dko obrotowa [obr/mim] Przemieszczenie [mm] 4 36 32 28 24 Programowa zmiana pr dko ci t j =.3 s n =3 obr/min 2.2.4.6 Czas [s].8 1. 1.2 1-2 a 1-2 p =.

13 FREZOWANIE WYKAŃCZAJĄCE PŁASZCZYZN głowica frezowa SUMIBORON Liczba przejść Materiał: GG25 HB24 brak chłodziwa vc=6 15 m/min fz=,1 mm, ap=,5 mm Płytki wymienne SUMIBORON vc=15 m/min Objętość wiórów [cm3/ostrze] Zużycie powierzchni przyłożenia VB[mm] Bicie promieniowe <1 µm Rz 6,3 µm Prędkość skrawania [m/min] Materiał: GG25 HB24 brak chłodziwa vc=4 15 m/min fz=,15 mm, ap=,5 mm

Objętość wiórów [cm3/ostrze] Zużycie powierzchni przyłożenia VB[mm] Bicie promieniowe <1 µm Rz

14 KLASYFIKACJA OBRABIAREK TYPU HSM Maksy malmy posuw minuto wy [m/mi n] Maksymalna prędkość obrotowa wrzeciona [obr/min] obróbka konwencjonalna Nr Frezarka Producent 1 FOG 25 Droop & Rein 2 XHC 24 Ex-Cell-O 3 Specht II Hüller Hille 4 HVM 6 Ingersol 5 HSM 7 Mikron 6 HSC 1 PTW 7 HSC 13 PTW HSM duża prędkość obrotowa duży posuw minutowy małe naddatki Przedmioty o małych rozmiarach Pojedyncze egzemplarze HVM (High Velocity Machining) mniejsza prędkość obrotowa duży posuw minutowy duże naddatki niekorzystne Frezarki bramowe Przedmioty o dużych rozmiarach Krótkie i średnie serie

PTW 7 HSC 13 PTW HSM duża prędkość obrotowa duży posuw minutowy małe naddatki Przedmioty o małych rozmiarach Pojedyncze egzemplarze HVM (High Velocity

15 Problemy NAPĘD GŁÓWNY Moc wrzeciona maleje ze wzrostem prędkości obrotowej Mocowanie narzędzia siły odśrodkowe Moc wrzeciona, P [kw] Elektrowrzeciono S2M łożyska magnetyczne P=7 kw przy n=2 3 obr/min 6 1,1427 P = 1 n Uchwyt HSK krótki stożek z trzpieniem drążonym Maksymalna prędkość obrotowa wrzeciona, n [obr/min]

łożyska magnetyczne P=7 kw przy n=2 3 obr/min 6 1,1427 P = 1 n Uchwyt HSK krótki

16 NAPĘD POSUWU przyśpieszenie [m/s 2 ] serwonapęd elektromechaniczny dokładność statyczna pozycjonowania 5 15 µm dokładność dynamiczna ograniczona bezpośredni napęd liniowy znacznie większe przyspieszenia średnica 4 mm, posuw 2 m/min odchyłki kształtu 4 µm elektromechaniczny serwonapęd ze śrubą toczną skok 2 mm skok 1 mm napęd liniowy parcie 8 N parcie 2 N masa w ruchu postępowym [kg] 5 układ sterowania sterowniki prędkości i położenia dynamiczne odchylenie położenia proporcjonalne do posuwu sterowanie w układzie otwartym sprzężenie zwrotne z układem CNC

serwonapęd ze śrubą toczną skok 2 mm skok 1 mm napęd liniowy parcie 8 N parcie 2 N 2 1 2 3 4 masa w ruchu postępowym [kg] 5 układ sterowania

17 HSM Płyta montażowa MODUŁ BEZPROWADNICOWY Elektrowrzeciono Parametry maksymalne prędkość posuwu 5 m/min elektrowrzeciono moc 4 kw prędkość obrotowa 1 obr/min Masa całkowita ok. 9 kg Masa w ruchu ok. 32 kg

posuwu 5 m/min elektrowrzeciono moc 4 kw prędkość

18 HSM KONSTRUKCJE KLASYCZNE MONTAŻ SEKWENCYJNY Frezarka bramowa Rezultat Frezarka wspornikowa przedmiot nieruchomy złożona geometria FILM 3 FILM 4 eliminacja operacji toczenia (?)

19 Dla nauki a tym samym dla postępu najważniejsze są problemy dotąd nierozwiązane, a nie doraźne kłopoty Maszyny i urządzenia są dzisiaj tak skomplikowane, że do ich obsługi nie wystarcza już majster, ale potrzebny jest inżynier Prof. Edward T. Geisler ( ) Katedra Obrabiarek do Metali i Organizacji Technicznej Zakładów Przemysłowych

obsługi nie wystarcza już majster, ale potrzebny jest inżynier Prof. Edward T.

Podobne dokumenty

OBRÓBKA SKRAWANIEM DOBÓR NARZĘDZI I PARAMETRÓW SKRAWANIA DO FREZOWANIA. Ćwiczenie nr 6

OBRÓBKA SKRAWANIEM DOBÓR NARZĘDZI I PARAMETRÓW SKRAWANIA DO FREZOWANIA. Ćwiczenie nr 6 OBRÓBKA SKRAWANIEM Ćwiczenie nr 6 DOBÓR NARZĘDZI I PARAMETRÓW SKRAWANIA DO FREZOWANIA opracowali: dr inż. Joanna Kossakowska mgr inż. Maciej Winiarski PO L ITECH NI KA WARS ZAWS KA INSTYTUT TECHNIK WYTWARZANIA