K O M I S J A B U D O W Y M A S Z Y N P A N O D D Z I A W P O Z N A N I U Vol. 30 nr 2 Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji 2010 EDWARD MIKO, UKASZ NOWAKOWSKI BADANIE DOK ADNO CI OBRÓBKI NA PIONOWYM CENTRUM OBRÓBKOWYM VMC 800 W artykule przedstawiono wyniki bada dok adno ci obróbki na pionowym centrum obróbkowym VMC 800. Obróbka polega a na wykonaniu serii otworów (rys. 1) z wykorzystaniem ró nych technologii i ró nych narz dzi. Badania prowadzono, wykonuj c otwory o rednicy: 12 mm wiert em kr tym, 24,5 mm wiert em p ytkowym, 25 mm wytaczad em i 25 mm frezem palcowym. Otwory wiercono, wytaczano i frezowano z interpolacj ko ow. W artykule przedstawiono wyniki bada dok adno ci wykonania rozstawu otworów ró nymi sposobami. S owa kluczowe: obrabiarka CNC, dok adno, wiercenie, wytaczanie, frezowanie z interpolacj ko ow 1. WPROWADZENIE We wspó czesnych obrabiarkach sterowanych numerycznie kszta t przedmiotu obrabianego jest definiowany numerycznie w programie obróbkowym. Gotowy program jest wprowadzany do sterownika obrabiarki, a nast pnie realizowany przez ten sterownik. Rozbie no ci pomi dzy kszta tem obrobionego przedmiotu a kszta tem zdefiniowanym w programie obróbkowym mog wynika z wielu czynników, takich jak: dok adno ruchów osi sterowanych numerycznie, sztywno obrabiarki i narz dzia oraz zastosowana technologia obróbki. Istnieje kilka sposobów sprawdzania dok adno ci obrabiarek, takich jak: testy przy biegu ja owym, w których oceniana jest dok adno ruchów bez obróbki [4 6], oraz tzw. badania prac [7], w których jest oceniana dok adno obrobionego przedmiotu. Testy obróbkowe s odmian bada po rednich, w których obrabiarka jest oceniana ze wzgl du na utrat stabilno ci i osi gan dok adno obróbki. Badania prac obejmuj obróbk próbek zgodnie z podstawowym zakresem prac i przeznaczeniem obrabiarki dla wst pnie ustalonych ogranicze i tolerancji [9]. Wykonuje si Dr hab. in. Katedra Technologii Mechanicznej i Metrologii Politechniki wi tokrzyskiej. Praca naukowa finansowana ze rodków na nauk w latach 2007-2010 jako projekt badaw- Mgr in. czy rozwojowy nr R0302403.
88 E. Miko,. Nowakowski je z u yciem przedmiotów próbnych dostarczonych przez u ytkownika. Ich wymiary i wymagania zwi zane z dok adno ci obróbki s cz sto opisane w normach dotycz cych bada okre lonych typów obrabiarek [7]. Materia i parametry skrawania s ustalane w wyniku uzgodnie mi dzy u ytkownikiem i producentem [2]. Na specjalne yczenie u ytkownika stosuje si te inne ni uj te w normach wymiary próbek i wymagania dok adno ci. Badania, które nale y przeprowadzi, ustala u ytkownik w porozumieniu z producentem. Z jednej strony trudno takie rozwi zanie uzna za obiektywne, z drugiej natomiast u ytkownik narzuca swoje wymagania wytwórcy i od niego zale kryteria i wska niki oceny obrabiarki. Poniewa celem stosowania obrabiarek jest uzyskiwanie przedmiotów o zadanych kszta tach i wymiarach, próba prac jest korzystniejsza, gdy ma charakter kompleksowy, obejmuje bowiem wszystkie mo liwe b dy, w tym sztywno obrabiarki, narz dzia i przedmiotu obrabianego [3, 9, 10]. W artykule przedstawiono wyniki bada dok adno ci wykonania rozstawu otworów ró nymi sposobami. Dok adno t oceniano przez pomiar przedmiotu próbnego wykonanego na obrabiarce CNC. Otrzymane wyniki umo liwi wprowadzanie ewentualnych korekt do programu i technologii obróbki, co pozwoli na lepsze wykorzystanie maszyny i uzyskanie wi kszej dok adno ci wyrobów ko cowych. 2. METODYKA I WARUNKI BADA Celem bada by o uzyskanie informacji o wp ywie sposobu obróbki otworów na dok adno wykonania ich rozstawu po obróbce na frezarce sterowanej numerycznie VMC 800 polskiej firmy FOP AVIA SA.Pierwsza cz bada zosta a wykonana w Laboratorium Obrabiarek Sterowanych Numerycznie Politechniki wi tokrzyskiej. Za pomoc Programming Station itnc530 przygotowano programy obróbkowe, które nast pnie przes ano do sterownika obrabiarki (sterownik HEIDENHAIN 530), na której wykonano obróbk [1, 8]. Obróbka polega a na wykonaniu czterech serii po 11 otworów (rys. 1) z wykorzystaniem ró nych narz dzi i sposobów obróbki. Otwory wykonano trzema sposobami: 1) otwory o rednicy 12 mm wiercono wiert em kr tym, a o rednicy 24,5 mm wiert em p ytkowym, 2) otwory o rednicy 25 mm wytaczano wytaczad em, 3) otwory o rednicy 25 mm frezowano z interpolacj ko ow frezem palcowym 10 mm. Parametry obróbki dobrano zgodnie z zaleceniami producenta narz dzi. Zamieszczono je w tablicy 1.
Badanie dok adno ci obróbki na pionowym centrum obróbkowym VMC 800 89 Rys. 1. Sposób rozmieszczenia otworów w obrobionym przedmiocie próbnym Fig. 1. Arrangement of holes on the test workpiece Obróbka zosta a tak zaplanowana, aby oceni dok adno wykonania rozstawu otworów w najazdach na pozycje do wykonania otworów w osi X. Drug cz bada, tj. pomiar rozstawu wykonanych otworów, prowadzono bezpo rednio po obróbce na obrabiarce z u yciem sondy przedmiotowej HEIDENHAIN TS-640. Pomiar by oparty na bazie technologicznej, która by a wykorzystywana podczas obróbki [8]. Pomiar rozstawu wykonanych otworów by oparty na cyklu sondy pomiarowej 421, w którym ustala si punkt rodkowy i rednic otworu (kieszeni okr g ej). Tablica 1 Parametry obróbkowe przyj te podczas bada Machining parameters applied during the tests Nr Rodzaj narz dzia Pr dko skrawania [m/min] Posuw [mm/obr] 1 Wiert o kr te 12 mm 100 0,15 2 Wiert o p ytkowe 24,5 mm 250 0,08 3 Wytaczad o 25 mm 160 0,03 4 Frez palcowy 10 mm do interpolacji ko- owej R = 12,5 mm 120 0,1 3. WYNIKI BADA W wyniku pomiarów wyznaczono wspó rz dne po o enia oraz warto ci promieni wykonanych otworów. Przeanalizowano ró nice po o enia rodka otworów pomi dzy wspó rz dnymi zdefiniowanymi w programie obróbkowym a wspó rz dnymi uzyskanymi w wyniku pomiaru sond przedmiotow. B d po o enia osi otworów okre lono ze wzoru: gdzie: b d po o enia, = A N, (1)
90 E. Miko,. Nowakowski A wymiar zmierzony, N wymiar nominalny. Rysunki 2 i 3 s interpretacj graficzn wyliczonych b dów X, Y. Na rysunku 4 przedstawiono przyk adowy wykres b dów dla wytaczania z zaznaczonymi s upkami b du przedstawiaj cymi rozszerzon niepewno pomiaru. 0,03 Warto b du X w mm 0,02 0,01 0,00-0,01-0,02-0,03 Wiert. kr te 12mm Wiert. p ytkowe 24,5mm Wtaczad o 25mm Interpolacja ko. 25mm -0,04-0,05 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Numer otworu Rys. 2. B d wspó rz dnej X wykonania otworów w osi X Fig. 2. Error of the X-coordinate for the holes along the X-axis 0,03 0,02 0,01 Wiert. kr te 12mm Wiert. p ytkowe 24,5mm Wtaczad o 25mm Interpolacja ko. 25mm Warto b du Y w mm 0,00-0,01-0,02-0,03-0,04-0,05 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Numer otworu Rys. 3. B d wspó rz dnej Y wykonania otworów w osi X Fig. 3. Error of the Y-coordinate for the holes along the X-axis
Badanie dok adno ci obróbki na pionowym centrum obróbkowym VMC 800 91 0,001 0,000-0,001-0,002 B d X, Y -0,003-0,004-0,005-0,006-0,007 X Y -0,008 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Numer otworu Rys. 4. B dy X i Y wykonania serii otworów w osi X dla wytaczania otworu 25 mm Fig. 4. X and Y errors for a series of 25 mm bored holes along the X-axis 4. PODSUMOWANIE I ANALIZA WYNIKÓW W wyniku przeprowadzonych bada stwierdzono, e na dok adno po o enia wykonanych otworów mia o wp yw wiele czynników, takich jak: dobór technologii obróbki, narz dzia i sposób jego mocowania we wrzecionie obrabiarki. Badania te pozwoli y na okre lenie warto ci ró nic pomi dzy przedmiotem zdefiniowanym w programie obróbkowym a przedmiotem obrobionym i pomierzonym z wykorzystaniem obrabiarki sterownej numerycznie. Pozwoli y tak e okre li, z jak dok adno ci na badanej obrabiarce mo emy odtworzy ruchy zdefiniowane w programie obróbkowym w zale no ci od u ytych narz dzi, uchwytów narz dziowych i technologii obróbki. Po przeanalizowaniu wyników pomiarów stwierdzono, e stosuj c technologi wiercenia wiert em kr tym 12 mm, wykonamy otwór ze rednim b dem po o enia = 0,035 mm; po wierceniu wiert em p ytkowym 24,5 mm b d osi gnie redni warto = 0,0065 mm. Interpolacja ko owa umo liwi wykonanie otworów ze rednim b dem po o enia = 0,015 mm. Je eli chcemy wykona otwór z du dok adno ci, musimy zastosowa technologi wytaczania, która zapewni nam redni dok adno po o enia = 0,003 mm. Analizuj c powy sze wyniki dla trzech wybranych procesów technologicznych, stwierdzono, e najmniejsze ró nice pomi dzy zdefiniowan geometri a geometri uzyskan w wyniku obróbki zaobserwowano dla procesu wytaczania. Stwierdzono równie, e uk ad pozycjonuj co-pomiarowy obrabiarki zani a wymiar w stosunku do wymiarów zdefiniowanych w sterowniku. Na skutek tego przedmioty wykonane na tej obrabiarce mog by wykonane poza tolerancj, dlatego programista powinien uwzgl dnia wyznaczone b dy uk adu pozycjonuj cego podczas projektowania procesu obróbkowego.
92 E. Miko,. Nowakowski LITERATURA [1] Fabryka Obrabiarek Precyzyjnych AVIA SA, Instrukcja u ytkowania VMC 800. [2] Kosmol J., Automatyzacja obrabiarek i obróbki skrawaniem, Warszawa, WNT 2000. [3] Kosmol J., Serwonap dy obrabiarek sterowanych numerycznie, Warszawa, WNT 1998. [4] PN-ISO 230-1:1998 Przepisy badania obrabiarek. Dok adno geometryczna obrabiarek pracuj cych bez obci enia lub w warunkach obróbki wyka czaj cej. [5] PN-ISO 230-2:1999 Przepisy badania obrabiarek. Wyznaczanie dok adno ci i powtarzalno ci pozycjonowania osi sterowanych numerycznie. [6] PN-ISO 230-4:1999 Przepisy badania obrabiarek. Badania okr g o ci w obrabiarkach sterowanych numerycznie. [7] The American Society of Mechanical Engineers, ANSI/ASME B5.54-1992: Methods for Performance Evaluation of Computer Numerically Controlled Machining Centers, New York 1993. [8] Touch Probes for Machine Tools, www.heidenhain.de. [9] Skoczy ski W., Ocena w asno ci obrabiarek na podstawie dok adno ci obróbki przedmiotów próbnych, Wroc aw, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wroc awskiej 2001. [10] Vos M., Schmidt A., Geometrisches und kinematisches Maschinenverhalten, w: Messung Beurteilung Optimierung. 23 24. November 1995, Achen, ADITEC 1995. Praca wp yn a do Redakcji 18.11.2009 Recenzent: dr hab. in. Roman Staniek ACCURACY INVESTIGATION OF A VMC 800 VERTICAL MACHINING CENTER S u m m a r y The paper deals with the accuracy of a VMC 800 vertical machining center. The tests have been carried on a series of holes using different technologies and tools. The holes had diameters of 12, 24.5, and 25 mm. They were made with a twist drill bit, an insert drill bit, and a boring tool or a router bit, respectively. The holes have been made by mean of: drilling, boring and milling with application of circular interpolation. Key words: CNC machine tool, accuracy, drilling, boring, milling with circular interpolation