Obrabiarki wieloosiowe

oraz sposoby obróbki części wg liczby osi

Obrabiadki CNC

Wykład

Kuczkowski Michał

MBM nst, sem V

Rozwój obrabiarek skrawających jest podyktowany rozwojem technologii efektywnego wytwarzania, dążeniem do rozszerzania możliwości technologicznych, osiągnięcia

dużej dokładności obróbki przy minimalizacji czasu i kosztów.

Tokarki i centra tokarskie

Celem obróbki na nowoczesnych tokarkach jest wykonanie na gotowo przedmiotu w jednym cyklu roboczym i na jednej maszynie. Stąd też od tokarek i centrów obróbkowych tokarskich wymaga się realizowania –oprócz typowych zabiegów toczenia – także wiercenia, gwintowania i rozwiercania mimośrodowego i poprzecznego oraz frezowania.

Tokarki CNC i tokarskie centra obróbkowe są to więc obrabiarki wielozabiegowe (wielofunkcyjne)

a) pozioma kłowo-uchwytowa: z dwiema głowicami rewolwerowymi,

b) pionowa: 1 – wrzeciennik, 2 – głowica rewolwerowa, 3 – podsystem magazynowy, 4 – układ

Cechy nowoczesnych centr tokarskich

• sterowane numerycznie: wrzeciono główne C1

i przechwytujące C2, co daje możliwość obróbki

przedmiotu z drugiej strony

• głowice rewolwerowe z dużą liczbą narzędzi i z narzędziami obrotowymi (tokarki rewolwerowe), przy

czym jedna z głowic może wykonywać ruchy

w osiach Z, X, Y, a czasem też w osi B,

• uniwersalny wrzeciennik narzędziowy o dużej mocy,

wykonujący ruchy w osiach Z, X, Y, B (centra tokarskie)

• możliwości wykonywania różnych zabiegów obróbkowych

• oprócz zabiegów tokarskich również innych zabiegów z wykorzystaniem narzędzi obrotowych (frezów, wierteł, gwintowników i in.) przy nieruchomym lub obracającym się wrzecionie przedmiotowym – tak aby w wyniku obróbki uzyskać część gotową lub prawie gotową.

Kompletną obróbkę przedmiotów realizuje się dzięki

sterowaniu w osiach:

• C1 (i C2) – co pozwala na: frezowanie płaszczyzn,

rowków wpustowych, krzywek promieniowych i bębnowych, uzębień, obróbkę otworów rozmieszczonych promieniowo lub równolegle do osi przedmiotu, także od strony powierzchni ustalających przedmiot we wrzecionie głównym

• Y - co umożliwia obróbkę płaszczyzn rozmieszczonych na cięciwie, obróbkę mimośrodów i wykorbień,

• B - co pozwala na obróbkę otworów rozmieszczonych pod dowolnym kątem, frezowanie płaszczyzn.

Frezarki i centra frezarskie

Tendencje konstrukcyjno-technologiczne i ulepszenia

w obrabiarkach do korpusów są wielokierunkowe i znajdują odbicie w następujących właściwościach frezarskich centrów obróbkowych:

• Duża różnorodność konstrukcji w zależności od potrzeb klientów dla zróżnicowanego spektrum obrabianych przedmiotów;

• Wysoka zdolność ruchowa wyrażająca się dużą liczbą osi sterowanych (obróbka pięcioosiowa) i uniwersalnością, umożliwiającą obróbkę przedmiotu z różnych stron w jednym mocowaniu oraz produkcję krótkoseryjną,

a nawet jednostkową;

• Zróżnicowane, wieloosiowe układy strukturalne:

1)klasyczne – centrów frezarskich trzyosiowych: wspornikowy, ze stołem krzyżowym, w układzie T, z przesuwnym wrzeciennikiem, bramowy,

2) centrów pięcioosiowych: ze skrętnym stołem w dwóch

osiach, ze skrętnym wrzeciennikiem w dwóch osiach, ze stołem obrotowym i skrętnym wrzeciennikiem,

3) pięcioosiowe frezarki do obróbki z pręta,

4)frezarki o zamkniętych strukturach kinematycznych

(pentapod, hexapod) o bardzo wysokiej zdolności ruchowej;

• Zintegrowane napędy główne (elektrowrzeciona)

dużym zakresie prędkości obrotowych wrzeciona i liniowe silniki napędu posuwów o wysokich prędkościach ruchu posuwowego i przesuwowego;

• Nowe rozwiązania układów do automatycznej zmiany

narzędzi o zwiększonej pojemności magazynów narzędziowych i krótkich czasach wymiany narzędzia;

• Automatyzacja wymiany przedmiotów obrabianych (palet przedmiotowych) poprzez dostosowanie obrabiarek do różnych podsystemów podawania palet (zwykłych systemów paletowych, systemów robotycznych, regałowych i innych);

Możliwości technologiczne

Możliwość kompletnej obróbki przedmiotów na gotowo w jednej operacji technologicznej, dzięki obróbce wieloosiowej, wielozabiegowej z wielu stron w jednym zamocowaniu, wieloma różnymi narzędziami i obróbce z przechwytem na centrach tokarsko-frezarskich i frezarkach do obróbki z pręta. Zmniejszenie liczby mocowań na frezarkach pięcioosiowych

Zmniejszenie liczby mocowań na frezarkach pięcioosiowych

Zmniejsza to koszt wykonania przez eliminację drogiego oprzyrządowania i skrócenie czasów przygotowawczych, ustawczych i zakończeniowych. Wieloosiowe frezowanie znalazło zastosowanie w wielu przypadkach obróbki skomplikowanych powierzchni, ścian pochylonych „ujemnie” w stosunku do osi freza. Pozwoliło na dotarcie krótkim, sztywnym narzędziem w trudnodostępne miejsca obróbki

Wymagana długość narzędzia: a) przy obróbce na obrabiarce trzyosiowej,

b) przy obróbce na obrabiarce pięcioosiowe

Frezowanie przy sterowaniu w pięciu osiach umożliwia

więc obróbkę trudno dostępnych miejsc (bokiem i koń-

cem narzędzia), co pozwala na wykonywanie części

w postaci monolitów, poprzednio konstruowanych jako

składane. Przy klasycznej technologii obróbki bazy obróbkowe oraz powierzchnie ustalające musiały być rzeczywiste. Przy obróbce na nowoczesnych obrabiarkach sterowanych numerycznie, która odbywa się w jednym zamocowaniu, bazy obróbkowe mogą być urojone (wirtualne);

Przy zastosowaniu obróbki HSC charakteryzującej się małymi siłami skrawania, istnieje możliwość obróbki elementów cienkościennych i o niewielkiej sztywności. Wysoka częstotliwość sił wymuszających przy frezowaniu zmniejsza problem drgań i upraszcza mocowanie przedmiotów. Zmienione technologie,umożliwiają obróbkę skrawaniem materiałów utwardzonych. Duże prędkości obrotowe wrzecion pozwoliły na efektywne stosowanie frezów o bardzo małej średnicy. Umożliwia to frezowanie małych promieni zaokrąglenia, wąskich wgłębień czy obróbkę wąskich szczelin. Ograniczyło to zastosowanie obróbki EDM, będącej dotychczas jedynym, kosztownym rozwiązaniem.

Możliwość konstruowania i obróbki przedmiotów o bardzo skomplikowanych kształtach, o dowolnych powierzchniach, np.: wirników, łopatek turbin, kół zębatych:

-frezowanie otworów o złożonym, zmiennym przekroju i osi tych otworów, która nie jest linią prostą,

1)frezowanie rowków ślimakowych o zmiennym skoku

i złożonym profilu poprzecznym,

2)obróbka kątów „ujemnych” na frezarkach trzyosiowych za pomocą narzędzi specjalnych.

3)obróbka narzędziami specjalnymi (frezy kształtowe)

z zastosowaniem skomplikowanego toru ruchu narzędzia

w 5 osiach.

Najlepszą ilustracją zmiany poglądów na technologiczność konstrukcji będzie przykład obróbki kół zębatych na

frezarkach pięcioosiowych. Proces obróbki odbywa się na

jednej maszynie – frezarce pięcioosiowej i obejmuje:

• toczenie, wiercenie, frezowanie koła i zgrubne frezowanie przestrzeni międzyzębnej w stanie nieutwardzonym,

• zdjęcie koła zębatego z maszyny i jego obróbkę

cieplną.

• ponowne założenie uzębienia na tę samą maszynę

i jego obróbkę wykończeniową w stanie utwardzonym.

Obróbkę kół zębatych na frezarkach pięcioosiowych umożliwia specjalne oprogramowanie, które zawiera:

• moduł obliczania geometrii przestrzeni międzyzębnej (wrębu) na podstawie danych koła z modelowaniem

uwzględniającym profil, nośność zęba i geometrię stopy

zęba;

• generator toru ruchu i parametrów frezowania przestrzeni międzyzębnej w stanie nieutwardzonym;

• generator toru ruchu i parametrów frezowania przestrzeni międzyzębnej po obróbce cieplnej;

• generator danych pomiarowych;

• postprocesor dla wybranej frezarki pięcioosiowej.

Źródła:

• J. HONCZARENKO: Obrabiarki sterowane numerycznie. WNT Warszawa 2008.

• Katalogi producentów obrabiarek Mazak i DMGMORI

• Materiały własne o obrabiarkach wieloosiowych

(Monter w DMG MORI Famot Pleszew)