URZĄDZENIA CNC

(kier. MBM; studia stacjonarne)

1. Główne elementy i zespoły funkcjonalne obrabiarki NC.

• Napędy główne,

• Napędy posuwu,

• Połączenia prowadnicowe,

• Układy hydrauliczne i pneumatyczne,

• Układy elektryczne,

• Zespoły mechaniczne i manipulacyjne,

• Urządzenia pomocnicze,

• Urządzenia sterujące i diagnostyczne.

2. Podstawowe aspekty wprowadzania budowy modułowej maszyn technologicznych.

Budowa modułowa w porównaniu z konwencjonalnymi indywidualnymi rozwiązaniami konstrukcyjnymi jest korzystniejsza z techniczno-ekonomicznego punktu widzenia. Wówczas gdy wszystkie pojedyncze warianty rozwiązań modulowych przewidziane w programie produkcyjnymm mogą być dostarczane na rynek w określonych pojedynczych partiach i jeżeli realizuja wymagany zbior funkcji za pomoca jednego lub kilku podstawowych i dodatkowych modulow funkcjonalnych.

Budowę modułową obrabiarek można rozpatrywac w dwu aspektach.

Pierwszy aspekt to budowa obrabiarek z wykorzystaniem typowych komponentow produkowanych obecnie w bardzo szerokim asortymencie. Zastosowanie sterowania numerycznego było powdem zaostrzenia wymagań w stosunku do dokładności obrabiarek co poskutkowało powstaniem typowych rozw. Konstrukcyjnych elementarnych modułów i zespołów

Pokazanych na poniższym rysunku:

Obecnie producent obrabiarek w dużej części składa obrabiarke z kupowanych modułów i zespołów.

W drugim aspekcie producenci, pojektujac własne rozwiązania stwarzają możliwość wykonania urządzenia wytwórczego - począwszy od pojedynczej obrabiarki, przez autonomiczne stacje obróbkowe, do dużego złożonego systemu - ukierunkowane na spełnienie potrzeb klienta i zaoferowanie mu rozwiązania optymalengo i ekonomicznego.

3. Klasyfikacja ruchów realizowanych przez zespoły obrabiarki.

• Ruchy podstawowe - są to ruchy wykonywane przez elementy i zespoły robocze obrabiarki (wrzeciona, suwaki, suporty, stoły i inne) wraz z narzędziem bądź przedmiotem obrabianym niezbędne do przeprowadzenia procesu skrawania i nadania przedmiotowi obrabianemu zadanego kształtu. Ruch podstawowe dzieli się na ruchy skrawania i ruchy kształtowania.

• Ruch skrawania - ruch główny - warunkujący przebieg procesu skrawania decydujący o szybkości skrawania oraz - ruch posuwowy niezbędny do usunięcia warstwy materiału z powierzchni przewidzianej o obróbki.

• Ruchy kształtowania - względne ruchy narzędzia i przedmiotu, w wyniku których powstaje powierzchnia o żądanym kształcie. Ruchy kształtowania są jednocześnie ruchami skrawania, natomiast ruchy skrawania (główny i posuwowy) nie zawsze odgrywają rolę ruchów kształtowania. Ruchy podstawowe główny i posuwowy podczas których odbywa się skrawanie nazywa się roboczymi, natomiast te same ruchy o identycznych parametrach gdy nie towarzyszy im skrawanie noszą nazwę ruchów jałowych( np. dobieg i wybieg narzędzia)

• Ruchy przestawne - mają na celu zmianę wzajemnego położenia narzędzia i przedmiotu obrabianego przed rozpoczęciem i po zakończeniu obróbki bądź w przerwach między zabiegami. Są to ruchy pozycjonowania w dokładnie zadane położenie, przesuwowe do zgrubnie ustalonego położenia i podziałowe np. obrót głowicy rewolwerowej.

• Ruchy pomocnicze - ruchy różnych elementów i zespołów obrabiarki oraz jej wyposażenia (podajników i manipulatorów), wypełniających funkcje pomocnicze, przed rozpoczęciem obróbki, w trakcie trwania operacji obróbkowej i po zakończeniu obróbki.

4. Normalizacja prędkości obrotowych i posuwowych obrabiarek.

W celu ułatwienia projektowania budowy oraz eksploatacji obrabiarki ciągi prędkości obrotowych i posuwowych zostały znormalizowane. Podstawę normalizacji stanowią szeroko stosowanie w technice ciągi Renarda, które są ciągami geometrycznymi o ilorazie „fi” określonym zależnością.
, gdzie
, dla ciągów tych otrzymuje się odpowiednio:
. Jako podstawowy do stopniowania prędkości ruchów głównych oraz posuwowych przyjmuje się ciąg R20

5. Klasyfikacja obrabiarek, wymagania i cechy współczesnych maszyn NC.

a) cechy:

- niezależne, indywidualne napędy posuwu dla każdej sterowanej osi,

- indywidualne układy pomiarowe dla każdej sterowanej osi,

- automatyczne urządzenia do wymiany narzędzi i przedmiotów,

- przekłądnie śrubowo-toczne do napędu ruchów posuwowych,

- prowadnice toczne,

- głowice i magazyny wielonarzędziowe,

- jeden lub więcej suportów narzędziowych,

- automatycznie wysuwany konik (sterowany numerycznie),

- konstrukcja typu compakt ( mało miejsca),

- mechaniczne usuwanie wiórów.

b)klasyfikacja ze względu na przeznaczenie:

- ogólnego zastosowania - do stosowania w szerokim zakresie robót, o dużej uniwersalności,

- specjalizowane- obrabiarki najczęściej produkcyjne, posiadające określony, stosunkowo wąski zakres robót,

- specjalne- przeznaczone do obróbki ściśle określonego przedmiotu, najczęściej o prostej budowie, zautomatyzowane

c) klasyfikacja ze względu na możliwości obróbkowe

- uniwersalne - charakteryzuja się duża różnorodność wykonywanych operacji ( stosowane gł. W produkcji

jednostkowej i małoseryjnej)

- produkcyjne- stosowane w produkcji seryjnej o mniejszym zakresie wykonywanych operacji, mających jednak większą wydajność od obrabiarek uniwersalnych o podobnym przeznaczeniu

- uproszczone - zakres wykonywanych operacji jest zawężony w porównaniu do obrabiarek uniwersalnych i produkcyjnych o podobnym przeznaczeniu.

6. Ogólne wytyczne dla wyboru obrabiarki.

• Zdefiniowanie minimalnych wymogów i wstępny wybór. Warunkiem realizacji przez obrabiarkę zaplanowanego procesu technologicznego jest dokladna znajomość zadań nakładanych na maszynę.

• Dla obrabiarek przewidzianych do zastosowania w produkcji najważniejsze będą kryteria określające wydajność obrabiarki, takie jak moc napędu głównego, prędkość obrotowa wrzeciona, prędkość posuwu i szybkiego przesuwu, a w przypadku krótko trwających zabiegów obróbkowych niewielki czas wymiany narzędzi.

• Dla obrabiarek stosowanych w narzędziowniach najważniejsze będą kryteria określające elastyczność technologiczną i zakres zadań obróbkowych, wyposażenie dodatkowe, a także dokładność i powtarzalność pozycjonowania.

Istnieją też problemy podjęcia decyzji o wyborze obrabiarki z określonej grupy:

• Określone zadanie technologiczne można wykonać na tańszej frezarce trzyosiowej przy kilkukrotnej zmianie mocowania przedmiotu lub na znacznie droższej frezarce pięcioosiowej przy jednym zamocowaniu przedmiotu.

• Obróbka przedmiotów wymagających zabiegów tokarskich i frezarskich może być dzisiaj realizowana wjednej operacji na: tokarce z głowicą rewolwerową z narzędziami obrotowymi, centrum frezarsko-tokarskim, centrum frezarskim do obróbki z pręta, lub w dwu operacjach na tokarce i frezarce.

Sformalizowanie podejmowania decyzji w przypadku podanych przykładów jest bardzo trudne stąd też, proponuje się tu metodykę systematycznego wyboru obrabiarki należącej do określonej grupy np. do grupy tokarek kłowo uchwytowych do realizacji zadanego procesu technologicznego.

Spośród metod oceny i doboru cech urządzeń technicznych do doboru obrabiarek skrawających wydają się być przydatne nastpujące metody:

• Punktaji wagowej,

• Wnioskowania rozmytego,

• Systemy ekspertowe.

7. Klasyfikacja napędów głównych w obrabiarkach - podstawowe wymagania.

Napędy głowne obrabiarek dzielimy na:

I. Elektryczne:

a) elektromechaniczne

o   silniki asynchroniczne

* stopniowa skrzynka prędkości lub przekładnia bezstopniowa

+ element wykonawczy (wrzeciono)

 

b) prądu stałego

o   regulator prędkości, tyrystorowy zasilacz prądu stałego

* komutatorowy silnik prądu stałego

+ przekładnia zwielokratniająca

- element wykonawczy (wrzeciono)

c) prądu przemiennego:

o   regulator prędkości, układ prostowniczy, falownik

* z silnikiem synchronicznym

* z silnikiem asynchronicznym

+ element wykonawczy (wrzeciono)

II. Hydrauliczne, pneumatyczne:

a) zasilacz hydrauliczny lub pneumatyczny , elektrozawory

o   silnik obrotowy

* element wykonawczy (wrzeciono)

o   silnik liniowy

 

Podstawowe wymagania co do napędów głównych dzielimy na:

• Wymagania ogólne - dotyczą wszystkich rodzajów napedów stosowanych w obrabiarkach,maszynach i urzadzeniach technologicznych i obejmuja:

• Wymagany zakres prędkości obrotowych silnika

• Dostatecznie duza moc lub moment napedowy silnika, wystarczajacy do wykonania pracy (pokonania obciążeń zewnętrznych) i pokonania oporów wynikających z sił tarcia napędzanych mechanizmów i obciążeń wewnętrznych

• Niezawodność oraz łatwość obsługi i konserwacji: obecnie coraz częściej wymaganie to przyjmuje forme bezobsługowości pracy napędu.

• Małe gabaryty i mała mase napedu

Nowoczesne napedy obrabiarek powinny cechowac się:

• Dużą sztywnością charakterystyki mechanicznej ,czyli małym spadkiem prędkości obrotowej wału silnika przy wzroście momentu obciążenia

• Duzym zakresem bezstopniowej zmiany prędkości obrotowej silnika do n=20 000-40 000 obr/min

• Takim przebiegiem dopuszczalnego obciążenia w funkcji prędkości obrotowej ,jaki jest dostosowany do technologicznej charakterystyki obciążenia obrabiarki.

• Szybkim rozruchem ,zwłaszcza przy wysokich prędkościach obrotowych w celu krotkiego dojścia do zadanej prędkości i skrócenia czasów pomocniczych

• Zdolnością do pracy serwonapędowej tzn możliwością pozycjonowania przy hamowaniu.

8. Klasyfikacja napędów posuwowych w obrabiarkach - podstawowe wymagania.

Napędy ruchu posówowego w obrabiarkach dzielimy na:

         Elektryczne
a) silnik prądu stałego (z zasilaczem tranzystorowym lub trystorowym)
      - komutatorowy (obrotowy)
      - bezkomutatyrowy (linioy lub krzyżowy)
b) silnik prądu przemiennego (z układem prostowniczym lub falownikiem)
      - synchroniczny (obrotowy lub liniowy)
      - asynchroniczny (obrotowy lub liniowy)
c) silnik skokowy (z impulsowym zasilaczem elektrycznym)
      - obrotowy
      - liniowy

         Elektrohydrauliczne
a) silnik obrotowy
b) siłownik liniowy

 

Podstawowe wymagania dzielimy na:

• Wymagania ogólne (pyt 7)

• Wymagania szczegółowe:

• Szeroki zakres bezstopniowej zmiany prędkości silnika ,umożliwiający realizacje zarówno posuwu roboczego w zakresie 0-4m/min jak i szybkiego przesuwu ok.20-40m/min

• Szybki rozruch i hamowanie ,czyli duże przyspieszenie i opóźnienie ruchu ,które są uwarunkowane dużym momentem rozwijanym przez silnik w stanach przejściowych i małymi momentami bezwładności napędzanych elementów

• Duża sztywność mechanicznych elementów przenoszących naped od silnika do zespołu przesuwowego obrabiarki i duza odporność na pojawienie się zjawiska utyku ,czyli ciernych drgan relaksacyjnych

• Małe opory ruchu uwarunkowane niewielkimi siłami tarcia w połączeniach prowadnicowych i przekładniach, co jest istotne szczególnie ze względu na zjawisko utykui oszczędność energi przy ruchach przesuwowych

• Wysoka równomiernośc ruchu,zwłaszcza dla małych prędkości posuwu

• Duza dokładność pozycjonowania czyli mały elementarny krok umożliwiający zrealizowanie elementarnego przemieszczenia rzedu 2 mikrometry.

9. Elektrowrzeciona - zastosowanie.

• W obrabiarkach szybkościowych (obrabiarki do obróbki HSC) używane są elektrowrzeciona o dużych prędkościach obrotowych z łożyskowaniem w łożyskach hybrydowych z kulkami ceramicznymi.

• W obrabiarkach w celu redukcji czasów głownych

• W obrabiarkach w celu osiągnięcia dużej dokładności (Ra0,7-1,9 um) i wyeliminowania obróbki wykańczającej.

• Zastosowanie we frezarkah tokarkach i szlifierkach pod warunkiem zapewnienia odpowiednio dużej mocy napędu, przy stałej mocy obciążenia w odpowiednio szerokim zakresie prędkości obrotowych

10. Silniki liniowe - zastosowanie.

Silniki liniowe stusuje się w napędach posuwu. Zapewniają one dużą dokładność pozycjonowania i duże pędkości i przyspieszenia ruchu posuwowego. Umożliwiają skrócenie czasu obróbki. Nie można stosować ich w napędach posuwu pionowego z powodu braku samohamowności ani także przy obróbce przedmiotów ciężkich.

11. Sterowanie automatyczne - istota, rodzaje czynności.

12. Programowanie obróbki - istota, rodzaje informacji.

13. Klasyfikacja układów sterowania obrabiarek i maszyn technologicznych.

14. Porównanie sterowań NC i CNC z uwagi na realizowane zadania.

15. Cechy nowoczesnych układów sterowania CNC.

16. Podział tokarek - cechy konstrukcyjne tokarek CNC.

17. Automaty wielowrzecionowe - podział, budowa i przeznaczenie technologiczne.

18. Podział, budowa i przeznaczenie technologiczne frezarek.

19. Podział, budowa i przeznaczenie technologiczne wytaczarko-frezarek NC.

20. Centra obróbkowe - podział, budowa i przeznaczenie.

21. Cechy nowoczesnych centrów obróbkowych.

22. Cechy elastycznej automatyzacji.

23. Struktury maszynowe w obszarze elastycznego wytwarzania.

24. Zakresy stosowania maszyn i układów wielomaszynowych.

25. Filary rozwoju obrabiarek skrawających.

dr inż. Stanisław Iżykowski

B-4, p.3.20; tel. [phone]

---