Obrabiarki sterowane numerycznie i centra obróbkowe

Widok typowej obrabiarki sterowanej numerycznie V0

Cechy obrabiarek NC Duża sztywność i dobre tłumienie drgań oraz napędy bezluzowe Indywidualne napędy ruchów posuwowych każdej osi sterowanej numerycznie, tzw serwonapędy Indywidualne układy pomiarowe położenia (przemieszczenia) ka żdej osi sterowanej numerycznie Magazyn narzędzi z automatyczną programową wymianą Oś C sterowana numerycznie Narzędzia obrotowe napędzane Oś Y sterowana numerycznie (dla tokarek) Automatyczny nadzór nad procesem obróbki

Cechy obrabiarek NC Uproszczony napęd główny (napędy zintegrowane) Wrzeciona przechwytujące (dla tokarek) Głowice kątowe sterowane numerycznie w dwóch osiach Stoły obrotowe i kołyski przedmiotowe sterowane numerycznie Podtrzymki przedmiotowe sterowane numerycznie dla długich i wiotkich przedmiotów Koniki sterowane numerycznie (dla tokarek)

Wysoka sztywność i tłumienie drgań Optymalne konstrukcje korpusów dzięki MES V11 V12

Wysoka sztywność i tłumienie drgań Przekładnie śrubowe toczne i prowadnice toczne

Indywidualne napędy posuwu (serwonapędy) Widok obrabiarki NC z niezależnymi napędami posuwu V13 V15 V14

Koncepcja kasowania luzów za pomocą podwójnego napędu serwomechanizmowego

Rozwiązanie konstrukcyjne bezluzowego napędu głównego stołu tokarki karuzelowej z numerycznie sterowaną osią C

Diagnostyka i nadzór narzędzi skrawających V16 V17

Automatyczny pomiar przedmiotu V18 V19

Schemat obrabiarki typu Gantry (a) i portalowej (b)

Frezarka typu Gantry 5 cio osiowa

Uproszczone napędy główne

Napędy główne zintegrowane tzw elektrowrzeciono

Przykład wykorzystania kątowego pozycjonowania wrzeciona do wytaczania otworu

Oś C i narzędzia obrotowe napędzane Wiercenie otworu poprzecznego narzędziem obrotowym napędzanym na tokarce z osią C

Przykład przepływu wiórów i cieczy chłodzącosmarującej

Wzrastająca liczba osi sterowanych numerycznie Tokarka NC dwuosiowa

Wzrastająca liczba osi sterowanych numerycznie Tokarka NC trzyosiowa

Wzrastająca liczba osi sterowanych numerycznie Tokarka karuzelowa NC czteroosiowa

Wzrastająca liczba osi sterowanych numerycznie Tokarka karuzelowa NC pięcioosiowa

Wzrastająca liczba osi sterowanych numerycznie

Tokarka NC ośmioosiowa V1

Tokarka NC z numerycznie sterowaną osią Y V2

Zastosowanie podtrzymki sterowanej numerycznie podczas obróbki długich wałków

Koncepcja głowicy kątowej przestawnej o 90 0 z narzędziami obrotowymi napędzanymi V20 V3

Głowice kątowe sterowane numerycznie V21 V22

Głowice kątowe sterowane numerycznie

Głowice z numerycznie sterowaną osią wrzeciona V23

Głowica z narzędziami obrotowymi napędzanymi V4

Stół obrotowy i kołyska (wychylny stół) sterowane numerycznie V24 V23

Wrzeciono przechwytujące tokarki NC

Możliwości technologiczne tokarki z narzędziami obrotowymi napędzanymi i osią C V5

Możliwości obróbkowe tokarki dwuwrzeciennikowej V6

Przykłady obróbki na tokarce NC z osią C V8 V7 V9

Tokarka NC ze skośnym łożem

CENTRA OBRÓBKOWE Centrum obróbkowe to obrabiarka sterowana numerycznie (zazwyczaj CNC), która w zakresie swoich możliwości technologicznych umożliwia obróbkę przedmiotu z wielu stron w jednym zamocowaniu wieloma różnymi narzędziami, tj prawie na gotowo.

Cechy centrum obróbkowego Musi posiadać mechanizm zmiany położenia przedmiotu bez odmocowywania (stół podziałowy, podzielnica itp.) Musi posiadać mechanizm automatycznej zmiany narzędzia, np. magazyn narzędzi lub głowica wielonarzędziowa z programowaną zmianą położenia Może posiadać mechanizm wymiany przedmiotów obrabianych, tzw centrum spaletyzowane V25 V26 V27

Podział centrów obróbkowych Dla przedmiotów typu korpus (centra frezarskie) Dla przedmiotów obrotowo-symetrycznych (centra tokarskie, szlifierskie) Inne (centra do kół zębatych) Z uwagi na położenie osi wrzeciona narzędziowego centra frezarskie dzielą się na: Poziome Pionowe

Centrum frezarskie 5-cio osiowe

Centrum frezasko-wytaczarskie dwuwrzecionowe

Centrum frezarskie spaletyzowane

Pionowo-pozioma głowica w centrach frezarskich V21

Centrum tokarskie firmy Traub

Cechy centrów tokarskich: Magazyn z automatyczną wymianą narzędzi Mechanizm przechwytywania przedmiotu obrabianego Narzędzia obrotowe napędzane Oś C Oś Y

Głowica z narzędziami napędzanymi

Centrum tokarskie Multiturn

Centrum wiertarskie (a) i spaletyzowane (b)

Frezarka obwiedniowa NC sześcioosiowa

Nowe koncepcje obrabiarek Obrabiarki o strukturach równoległych: Hexapod i Tripod

Struktury równoległe maszyn typu hexapod

Warianty struktur równoległych obrabiarek

Przykłady obrabiarek o strukturze hexapodu

Przykłady obrabiarek o strukturze tripodu

Hexapod V28

Obróbka szybkościowa HSC High Speed Machining

Wymagania kinematyczne dotyczące obróbki szybkościowej HSC Prędkości obrotowe wrzecion: powyżej 10.000 obr/min Prędkości posuwu od 20 m/min w górę Przyspieszenia ruchu powyżej 10 m/s2

Przykłady rozwiązań konstrukcyjnych obrabiarek do obróbki szybkościowej HSC

Systemy narzędziowe SN jest to taki system technicznoorganizacyjny, który zapewnia automatyczną, bezobsługową i długotrwałą gospodarkę narzędziami skrawającymi, dla potrzeb obrabiarek sterowanych numerycznie, tj umożliwia ich automatyczną wymianę, zgodnie z programem obróbki

Składniki systemu narzędziowego System pozycjonowania i mocowania narzędzia we wrzecionie z możliwością automatycznej wymiany Mechanizm automatycznej wymiany narzędzia Mechanizmy magazynowania narzędzi Mechanizmy identyfikowania narzędzi w magazynach Systemy informatyczne magazynowania informacji o narzędziach (układy współrzędnych, dane korekcyjne, okresy trwałości i inne)

Podział systemów narzędziowych Dla narzędzi obrotowo-symetrycznych Dla narzędzi pryzmatycznych

Systemy narzędziowe dla narzędzi obrotowych (wiertła, frezy, wytaczadła)

Wymagania stawiane systemowi pozycjonowania i mocowania narzędzi w gnieździe wrzeciona Powtarzalność i jednoznaczność (liniowa i kątowa) pozycjonowania w gnieździe wrzeciona Przeniesienie sił (skrawania i innych) działających na ostrze i oprawkę narzędziową Zapewnienie wymaganej sztywności mocowania narzędzia w gnieździe wrzeciona Zapewnienie dostatecznej siły mocowania narzędzia w gnieździe wrzeciona, np. aby przeciwdziałać wypadnięciu narzędzia podczas obróbki Umożliwienie łatwego, tj bez użycia znacznej siły, wyjęcia narzędzia i włożenia nowego, tj z użyciem zmieniacza narzędzi

Chwyt narzędziowy dla narzędzi obrotowych

Systemy narzędziowe dla narzędzi pryzmatycznych (noże tokarskie)

Systemy narzędziowe dla tokarek (z wymienną oprawką)

System narzędziowy dla tokarek firmy Komet

Systemy magazynowania narzędzi - wymagania Duża pojemność magazynu narzędziowego Małe wymiary gabarytowe zajmowane przez magazyn Łatwy dostęp do do magazynu, umożliwiający szybka wymianę narzędzia Krótki czas wymiany narzędzia Krótki czas odnalezienia narzędzia w magazynie Łatwość konstrukcyjna usytuowania magazynu na obrabiarce

Ogólny podział systemów magazynowania narzędzi Magazyny bez możliwości automatycznej wymiany narzędzi, zwane powszechnie głowicami wielonarzędziowymi Magazyny przystosowane do automatyczne wymiany narzędzi

Głowice wielonarzędziowe Obrotowe Liniowe Obrotowe o osi poziomej Obrotowe o osi pionowej Obrotowe o osi skośnej Przykłady głowic obrotowych Tarczowe Uniwersalne Bębnowe

Głowice rewolwerowe tarczowe i uniwersalne

12-pozycyjne głowice rewolwerowe tarczowe

Głowica wielonarzędziowa przesuwna (liniowa)

Głowica z narzędziami obrotowymi napędzanymi

Rozwiązanie konstrukcyjne napędu narzędzi obrotowych z odchylnym mechanizmem napędowym

Centrum tokarskie Multiturn z dwoma niezależnymi głowicami rewolwerowymi i niezależną głowicą z narzędziami obrotowymi

Zalety i wady głowic wielonarzędziowych Najkrótszy czas wprowadzenia nowego narzędzia do procesu obróbki Mała pojemność narzędziowa: 4 6 8 12 16 narzędzi Mała sztywność głowicy wielonarzędziowej, ograniczająca wzrost parametrów skrawania (z uwagi na siły skrawania) Duże niebezpieczeństwo kolizji, zwłaszcza z przedmiotem obrabianym jak i z innymi składnikami układu OUPN (dotyczy to zwłaszcza narzędzi długich) Duże trudności z wymiana zużytego narzędzia Skomplikowany mechanizm obrotu głowicy narzędziowej

Magazyny narzędziowe - podział Wolnostojące Przyobrabiarkowe Łańcuchowe Talerzowe (tarczowe) Kasetowe Pierścieniowe Regałowe

Magazyn wolno stojący

Magazyn narzędziowy talerzowy

Rozwiązania konstrukcyjne magazynów narzędziowych

System automatycznej wymiany narzędzi - wymagania Możliwie krótki czas wymiany narzędzia Niezawodność działania systemu w dłuższym okresie czasu

System automatycznej wymiany narzędzi - podział Bez mechanizmu automatycznej wymiany (bez zmieniacza) Z mechanizmem automatycznej wymiany (ze zmieniaczem): W układzie jednochwytakowym W układzie dwuchwytakowym

Automatyczna wymiana narzędzi bez zmieniacza narzędzi

Cykl automatycznej wymiany narzędzi z dwuchwytakowym zmieniaczem narzędzi

Przykłady wymiany narzędzi z różnymi zmieniaczami

System identyfikacji (kodowania) narzędzi - wymagania Krótki czas znajdowania narzędzia w magazynie Minimalizacja niezbędnych zmian konstrukcyjnych narzędzia Łatwość komunikacji z systemem zarządzającym narzędziami Możliwość gromadzenia danych narzędziowych bezpośrednio w narzędziu (dane wędrują razem z narzędziem)

System identyfikacji (kodowania) narzędzi - podział Mechaniczny Elektroniczny Z kodowaniem narzędzi Z kodowaniem gniazd narzędziowych Z kodowaniem zmiennych gniazd narzędziowych

System kodowania za pomocą pierścieni kodowych

Wady systemu mechanicznego Wzrasta masa i wymiary narzędzia lub magazynu Zużywanie się elementów mechanicznych w dłuższym okresie czasu Kodowanie typu sztywnego (ewentualna zmiana kody wymaga złożonych działań mechanicznych)

System kodowania elektronicznego narzędzi

Zalety i wady kodowania narzędzi i gniazd narzędziowych Kodowanie gniazd narzędziowych sprzyja najszybszemu znajdowaniu narzędzia Kodowanie narzędzi wymaga poszukiwania narzędzia na ślepo, co wydłuża czas jego znajdowania Kodowanie gniazd wymaga odkładania narzędzia do tego samego gniazda z którego narzędzie zostało pobrane Kodowanie gniazd narzędziowych nie wymaga żadnych zmian konstrukcyjnych w narzędziu Kodowanie elektroniczne umożliwia gromadzenie danych narzędziowych bezpośrednio w narzędziu (dane wędrują razem z narzędziem) Kodowanie elektroniczne znacznie upraszcza komunikację z systemem zarządzającym narzędziami

Ustawianie wymiarowe narzędzi Narzędzia w obrabiarkach NC wymagają ustawienia lub tylko zidentyfikowania wierzchołka ostrza skrawającego, tj jego współrzędnej długościowej i promieniowej (Programista NC potrzebuje informacji o położeniu wierzchołka ostrza względem układu współrzędnych narzędzia, ponieważ program NC jest tworzony dla ruchu wierzchołka ostrza). Po wprowadzeniu programu do sterowania NC konieczne jest wprowadzenie danych narzędziowych, tzw korekcji długościowej i promieniowej dla każdego narzędzia. Sterowanie NC (interpolator) przelicza współrzędne zapisane w programie w układzie przedmiotu na współrzędne w układzie obrabiarki, na podstawie korekcji długościowej i promieniowej.

Ustawianie wymiarowe narzędzi - podział Narzędzia wymagające ustawiania wymiarowego, np. wytaczadło Narzędzia nie wymagające ustawiania narzędziowego, np. nóż tokarski Narzędzia nienastawialne, np. wiertło

Ustawianie wymiarowe narzędzi

Wierzchołek ostrza skrawającego

System zarządzania narzędziami skrawającymi (Tool management) Jest to system informatyczny, który umożliwia gromadzenie wszystkich danych narzędziowych oraz dostarczanie tych danych do obrabiarki na której dane narzędzia będą wykorzystywane Powinien to być system w pełni automatyczny.

System zarządzania narzędziami skrawającymi - podział System tylko do odczytu, np. dla narzędzi kodowanych mechanicznie System do zapisu i odczytu, np. dla narzędzi kodowanych elektronicznie

System zarządzania narzędziami w trybie tylko do odczytu

System zarządzania narzędziami w trybie do zapisu i czytania danych

Zestaw danych narzędziowych Typ narzędzia Numer identyfikacyjny narzędzia Pozycja w magazynie narzędziowym Narzędzie seryjne, specjalne, standardowe Oprawka Masa narzędzia Maksymalny posuw i prędkość skrawania lub prędkość obrotowa Okres trwałości narzędzia lub jego pozostałość Kodowanie ze zmieniającymi się gniazdami lub bez Promień wierzchołka ostrza Długość narzędzia Kod narzędzia Promień kolizji

Automatyczna wymiana przedmiotów (Systemy spaletyzowane)

Centrum z systemem palet wymiennych