POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA
WYDZIAŁ MECHANICZNY
PRACA DYPLOMOWA
INŻYNIERSKA
TEMAT: Obróbka drewna przy zastosowaniu obrabiarek sterowanych numerycznie.
SZCZECIN 2000
SPIS TREŚCI
Cel pracy ..................................................................................................................
Wstęp .............................................................................................................
Charakterystyka obróbki skrawaniem ...........................................................
Właściwości drewna .............................................................................
Właściwości fizyczne drewna ...........................................................
Właściwości mechaniczne drewna ..................................................
Ogólne zasady maszynowej obróbki drewna ........................................
Czynniki wpływające na dokładność obróbki maszynowej ................
Zastosowanie emisji akustycznej (EA) w technologii
mechanicznej obróbki drewna ................................................................
Ocena jakości drewna ...........................................................................
Obróbka drewna obrabiarkami CNC - nowoczesne technologie ..................
Nowe urządzenia i technologie do całościowej obróbki drewna ..........
Czteroosiowe centra obróbcze firmy IMA .......................................
Wielostronność obróbki - obrabiarki numeryczne grupy SCM ......
Optymalizacja obróbki - maszyny z grupy BIESSE o wysoce
zaawansowanej technologii .............................................................
Piąta oś- centra WEEKE do obróbki elementów schodów ..............
Obróbka krawędzi przy zastosowaniu obrabiarek HOMAG ...............
Pomiary podczas obróbki ......................................................................
Metody bezpośrednich pomiarów ....................................................
Samokontrola „w czasie rzeczywistym ..........................................
Oprzyrządowanie obróbkowe obrabiarek CNC do drewna .........................
Pneumatyczne elementy mocujące......................................................
Elementy ustalające.............................................................................
Przyrządy i uchwyty obróbkowe..........................................................
Systemy mocowania..............................................................................
System zespołowy..............................................................................
Mocowanie uniwersalne ..................................................................
Rozwiązania pionowe .....................................................................
Pozycjonowanie zestawem automatycznym ............................................
Narzędzia stosowane na obrabiarkach CNC do drewna ..............................
Inteligentne narzędzia .........................................................................
System zarządzania narzędziami firmy LEITZ ...............................
Pomiar i nastawianie narzędzi ........................................................
Narzędzia z elementem półprzewodnikowym .................................
Zarządzanie narzędziami .................................................................
Narzędzia do obróbki profilowej drewna litego .................................Obróbka drewna diamentem ...............................................................
Programowanie obróbki na obrabiarkach CNC do drewna ..........................
Projektowanie obrabiarek sterowanych numerycznie do drewna ................
Zarys metodologii konstruowania maszyn ............................................
Współczesne tendencje w konstrukcji obrabiarek ...........................
Wnioski .....................................................................................................
Wykaz literatury .......................................................................................................
11. Załączniki ..................................................................................................
1. CEL PRACY
Celem Pracy Dyplomowej jest przedstawienie i pokazanie ( dołączony materiał filmowy ) obróbki drewna na obrabiarkach sterowanych numerycznie CNC znanych światowych firm ( m.in. IMA, BIESSE, WEINIG, REICHENBACHER, SCM, HOMAG, ESSETEAM, BUSELLATO, CMS ).
2. WSTĘP
Drewno jest naturalnym i odtwarzającym się materiałem używanym parz człowieka od najdawniejszych czasów. Obróbka drewna należy zatem do najstarszych technologii. Ta tradycja związana z obrabianiem drewna a sięgająca tak odległych czasów oraz ekonomika światowa i problemy związane z ochroną środowiska są związane z kulturą bytowania człowieka.
Cały potencjał umożliwiający postęp w technologiach stosowanych w drzewnictwie, winien być zaktywizowany poprzez podstawowe badania, które prowadzą do minimalizacji kosztów, maksymalnego wykorzystania surowca lepszych warunków pracy, polepszenia jakości wyrobów itp.
Przemysł drzewny charakteryzuje się /z małymi wyjątkami/ małą i średnią wielkością przedsiębiorstw w porównaniu z innymi przemysłami. To między innymi decyduje o wielkości nakładów na badania i innowacje techniczne. Jednak można stwierdzić, że postęp we wprowadzeniu nowych technologii w porównaniu do innych działów produkcyjnych jest nawet bardzo wysoki.
Przemysł ten jako bardzo blisko związany z rynkiem jest podawany stałej presji popytu i wymagań jakościowych stawianych przez indywidualnych - najczęściej - odbiorców, które są bardzo wysokie. Tak jak inne przemysły pracujących na potrzeby rynku przemysł drzewny narażony jest na wysoką płynność produkcji zmiany mody na wzornictwo.
Nowe technologie otwierają nowe drogi i sposoby, którymi można podążyć aby zaspokoić oczekiwania nabywców i prowadzą do nowych sposobów produkcji. Te uwagi wskazują na ważność w prowadzeniu badań i rozwijaniem potencjału projektowania przyszłej produkcji w przemyśle drzewnym.
Rozwój elektroniki i jej zastosowanie w układach sterowania maszyn i urządzeń spowodował zasadniczy przewrót w rozwoju obrabiarek i umożliwił rozszerzenie automatyzacji procesów technologicznych i produkcyjnych w produkcji seryjnej, a nawet jednostkowej. Zastosowanie sterowania numerycznego w obrabiarkach wprowadza automatyzację procesu technologicznego, pozostawiając obrabiarkom wszystkie cechy obrabiarek uniwersalnych. Obrabiarka sterowana numerycznie zapewnia dokładność obróbki, niezależnie od stopnia zmęczenia pracownika, przez wyeliminowanie bezpośredniego wpływu człowieka na proces obróbki, pozwala na koncentracje obróbki różnych przedmiotów na jednym stanowisku ze względu na łatwą przezbrajalność, dzięki czemu można zmniejszyć ekonomicznie opłacalną partię obróbkową a tym samym zmniejszyć zapas robót w toku. Prowadzi też do obniżenia kosztów wykonania poprzez obniżkę odsetek płaconych od środków obrotowych.
Nakłady na zakup i instalacje obrabiarek sterowanych numerycznie są duże większe niż obrabiarek uniwersalnych, z czym wiąże się konieczność bardziej szczegółowego planowania zakupów i przygotowania zakładu do ich wdrożenia, w celu zmniejszenia przestojów zawiązanych z ich eksploatacją.
3. CHARAKTERYSTYKA OBRÓBKI SKRAWANIEM
Podział obróbki drewna
Obróbka jest to działanie technologiczne, wykonywane na przedmiocie produkcji, mające na celu zmianę jego wymiarów, kształtów, właściwości fizycznych lub chemicznych. W celu uzyskania gotowego wyrobu stosuje się zwykle kolejno różne rodzaje i sposoby obróbki. Dotyczy to również obróbki drewna, która odznacza się bardzo dużą różnorodnością. Świadczy o tym przedstawiony w tabeli 7-1 uproszczony podział obróbki drewna.
Podstawowe kierunki tej obróbki obejmują: obróbkę mechaniczną, hydrotechniczną oraz obróbkę fizykochemiczną i chemiczną.
Obróbka mechaniczna nie wpływa na zmianę naturalnych właściwości drewna. Wyróżnia się dwa rodzaje obróbki mechanicznej: ręczną - wykonywaną wyłącznie siłą mięśni ludzkich i maszynową - wykonywaną przy użyciu maszyn i urządzeń napędzanych silnikami.]
Litery M lub R umieszczone w tabeli 7-1 przy niektórych sposobach obróbki mechanicznej oznaczają, że sposoby te dotyczą wyłącznie obróbki maszynowej lub ręcznej. Pozostałe wymienione sposoby obróbki mechanicznej występują zarówno jako obróbka ręczna, jak i maszynowa.
Hydrotermiczna obróbka drewna, czyli obróbka cieplno-wodna, ma na celu zmianę niektórych jego właściwości fizycznych. Umożliwia ona plastyczną obróbkę drewna oraz obróbkę skrawaniem przy produkcji fornirów lub ma charakter zabiegu konserwacyjno-uszlachetniającego. Wiadomości dotyczące obróbki hydrotermicznej podano w rozdziałach 8 i 9.
Fizykochemiczna i chemiczna obróbka drewna, określana niekiedy jako chemiczny przerób drewna, polega na przetworzeniu drewna w procesach fizykochemicznych i chemicznych w różnego rodzaju tworzywa drzewne oraz produkty chemiczne, np. celuloza, papier, węgiel drzewny, kalafonia, terpentyna, garbniki. Podczas produkcji niektórych tworzyw drzewnych stosuje się również operacje, w których poszczególne rodzaje obróbki występują jednocześnie, np. gięcie z jednoczesnym klejeniem warstw drewna. Stanowi ono jednocześnie obróbkę plastyczną - gięcie oraz obróbkę łączeniem - klejenie.
Niezależnie od przedstawionego podziału obróbki według charakteru działań technologicznych, rozróżnia się, ze względu na charakter pozyskiwanych wyrobów, pierwiastkową i wtórną obróbkę drewna. W wyniku pierwszej otrzymuje się półfabrykaty, np. tarcicę, forniry, tworzywa drzewne, a wyniku drugiej - wyroby gotowe, np. meble, stolarkę budowlaną, beczki, wyroby skrzynkowe itp.
Charakterystyka rodzajów obróbki drewna w pracach stolarskich
W produkcji wyrobów stolarskich stosuje się, w zakresie mechanicznej obróbki drewna, głównie cięcie, a także łączenie i wykończanie, a przy wytwarzaniu elementów giętych - również obróbkę plastyczną.
Obróbka cięciem. Obróbka cięciem, tzn. obróbka przy użyciu narzędzi tnących występuje w pracach stolarskich jako skrawanie oddzielające. W wyniku skrawania z obrabianego elementu zdejmuje się (oddziela) różnego kształtu i różnych wymiarów wióry, które nie są celem zabiegu, lecz stanowią odpad. Skrawanie oddzielające ma na celu podzielenie drewna na części, nadanie im żądanych kształtów i wymiarów, wyrównanie powierzchni i uzyskanie odpowiedniej gładkości. Do obróbki cięciem zalicza się również skrawanie dzielące, w którym wytwarzany wiór stanowi cel zabiegu (np. skrawanie oklein) oraz krajanie, które ma na celu bezwiórowy podział drewna na części, np. dzielenie forniru na przekrawarkach.
Obróbka łączeniem. Łączenie należy do podstawowych operacji wykonywanych w pracach stolarskich. Rozróżnia się trzy rodzaje łączenia: łączenie kształtowe, łączenie z użyciem środków łączących oraz łączenie złożone.
Łączenie kształtowe następuje bez użycia dodatkowych środków łączących (łączników), przez zespolenie elementów o odpowiednio ukształtowanych profilach w postaci czopów, wczepów, gniazd itp.
Łączenie z użyciem środków łączących polega na stosowaniu do łączenia obcych elementów, tj. różnego rodzaju łączników z drewna (kołki, wpustki), metali lub tworzyw sztucznych (okucia łącznikowe, wkręty, gwoździe). Do tego rodzaju łączenia zalicza się również klejenie, w którym łącznikiem jest warstwa utwardzanego kleju, czyli spoina klejowa.
Łączenie złożone (kombinowane) polega na jednoczesnym zastosowaniu dwóch rodzajów łączenia, np. łączenia kształtowego z klejeniem. Łączenie to należy do najczęściej stosowanych w pracach stolarskich.
Łączenie ma na celu uzyskanie materiałów o korzystniejszych właściwościach użytkowych (np. sklejanie stykowe elementów), podwyższanie estetyki wyrobów (np. okleinowanie) oraz tworzenie połączeń konstrukcyjnych elementów przy ich montażu w zespoły i gotowe wyroby.
Obróbka wykończeniowa. Obróbka ta obejmuje nakładanie i obróbkę powłok wykończeniowych (np. farb, politur, lakierów, emalii). Celem obróbki wykończeniowej jest, oprócz polepszenia wyglądu powierzchni, również zabezpieczenie jej przed wpływami atmosferycznymi oraz uszkodzeniami mechanicznymi. Związana jest ona również z oddziaływaniem czynników fizykochemicznych, np. przy suszeniu i utwardzeniu powłok lakierniczych.
Operacja pokrywania elementów materiałami okładzinowymi z wykończoną powierzchnią zalicza się do oklejenia, czyli obróbki łączeniem.
3.1. WŁAŚCIWOŚCI DREWNA
3.1.1. WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE DREWNA
Cechy drewna, które można poznać bez naruszenia jego całości i bez zmiany chemicznego składu, noszą nazwę fizycznych własności drewna.
Do fizycznych właściwości drewna zalicza się właściwości określające wygląd drewna, właściwości wynikające z zachowania się drewna w stosunku do wody - wilgotność, higroskopijność, pęcznienie i kurczenie się drewna, ciężar właściwy drewna, właściwości cieplne, elektryczne, akustyczne i inne.
W drewnie naszych gatunków drzew wyróżnia się 6 zasadniczych rodzajów zabarwienia drewna:
barwa zbliżona do białej - jodła, świerk, osika, grab, buk, klon, jawor;
barwa żółta - brzoza, limba;
barwa brunatna - dąb, jesion, wiąz;
różne odcienie barwy czerwonej - cis, modrzew, sosna, wiśnia, śliwa;
barwa zielonawa - grochodrzew;
barwa zbliżona do czarnej - orzech.
Duże zróżnicowanie barw może występować w ramach tego samego gatunku, np. drewno dębu zależnie od siedliska ma barwę od piaskowożółtej poprzez brunatną i ciemnobrunatną do czerwonej.
W północnej części strefy umiarkowanej przeważają gatunki o drewnie jasno zabarwionym (świerk, brzoza, osika). W południowej części tej strefy występują gatunki drzew, których drewno ma bardziej zróżnicowaną barwę (dąb, jesion, olcha, śliwa, modrzew, cis). Największą skalą barw i odcieni wyróżnia się drewno drzew strefy podzwrotnikowej (czarny i zielony heban, drzewo amarantowe).
Barwa drewna ulega zmianom pod wpływem światła i działania czynników atmosferycznych.
Połysk drewna jest wynikiem odbicia promieni świetlnych od gładkiej powierzchni drewna. Powierzchnia szorstka rozprasza promienie świetlne i nie daje połysku. Nasilenie połysku zależy od gładkości powierzchni, rodzaju przekroju i gatunku drewna. Połysk drewna liściastego twardego jest silniejszy niż drewna liściastego miękkiego i iglastego.
Drewno w stanie naturalnym ma słaby połysk. Połysk wzmaga się po wygładzeniu powierzchni.
W wyniku różnorodnej budowy drewna jego przekrój nigdy nie przedstawia jednolitej powierzchni; urozmaica ją rysunek z różnymi odcieniami barw. Rysunek jest zależny od rodzaju przekroju, gatunku i cech związanych z budową drewna. Najładniejszy rysunek występuje na przekroju podłużnym stycznym; słoje roczne układają się w kształcie paraboli i hiperboli, co szczególnie uwydatnia się w przekroju obwodowych części pnia.
Drewno ma w swym składzie związki aromatyczne, tłuszcze, garbniki, żywice i inne. Ulatnianie się tych związków daje zapach, wyczuwalny w większym stopniu zaraz po ścięciu drzewa i malejący z upływem czasu. Po zestruganiu powierzchni zapach pojawia się ponownie, lecz o mniejszym nasileniu. Drewno drzew iglastych ma zapach żywicy (za wyjątkiem jodły), stopniowo malejący. Trwały zapach pozostaje w drewnie limby i jałowca. Z gatunków liściastych dąb, jesion, olcha wydzielają zapach garbników, zanikający wraz z wysychaniem drewna.
Gęstość drewna (określana do niedawna terminem ciężaru objętościowego drewna) jest to stosunek masy drewna w postaci naturalnej do jego objętości: gęstość wyraża się w g/cm3 lub w kg/m3. Gęstość drewna krajowych gatunków drzew w stanie wilgotności powietrznosuchej (poziom wilgotności 15%) waha się w granicach od 40 do 80 g/cm3. Zmienia się ona przede wszystkim w zależności od gatunku drewna, udziału drewna późnego, części pnia i stanu zdrowotnego drewna. Na przykład drewno wąskosłoiste gatunków iglastych ma większą gęstość od drewna szerokosłoistego. Natomiast gęstość szerokosłosistego drewna drzew liściastych jest większa od drewna wąskosłoistego. Drewna przyrdzeniowe w części przykorzeniowej jest cięższe od drewna pochodzącego z części obwodowych i wierzchołkowych pnia.
Elektryczne właściwości drewna. Suche drewno jest złym przewodnikiem prądu. Przewodność elektryczna drewna zwiększa się wraz ze wzrostem wilgotności w granicach 0-30%. Dalszy wzrost wilgotności wpływa w niewielkim stopniu na przewodność drewna. Przewodnictwo wzdłuż włókien jest dwa razy większe niż w poprzek włókien. Przewodność elektryczna jest odwrotnością oporu elektrycznego.
Drewno, umieszczone między płytkami kondensatora w polu wysokiej częstotliwości, nagrzewa się równomiernie w całej swej objętości. Zjawisko to jest wykorzystywane przy klejeniu i suszeniu drewna.
Akustyczne właściwości drewna są to cechy wpływające na przebieg zjawisk dźwiękowych w drewnie. Zależą one od budowy drewna, przebiegu włókien, ciężaru właściwego, udziału drewna późnego itd. Właściwości te decydują o możliwości i zakresie zastosowania drewna jako materiału dźwiękochłonnego i rezonansowego.
Dźwiękochłonność , czyli zdolność pochłaniania dźwięku przez drewno jest niewielka. W odróżnieniu od drewna litego, korzystne właściwości dźwiękochłonne wykazują produkowane z niego specjalne płyty (np. dźwiękochłonne płyty pilśniowe), o większej porowatości niż drewno lite.
Rezonans, czyli współbrzmienie, polega na przejmowaniu drgań i wzmacnianiu dźwięku. Właściwości rezonansowe pozwalają na wykorzystanie drewna do wyrobu instrumentów muzycznych. Najlepiej do tego celu nadają się drewna świerka, jodły i jaworu.
Trwałość drewna jest to odporność drewna na niszczące działanie różnych czynników. Ocenia się ją na podstawie określonego czasu, przez jaki drewno zachowuje swoje właściwości fizyczne i mechaniczne. Większą trwałość wykazują drewna gatunków twardodzielnych, drewno gatunków iglastych, drewno zawierające garbniki, olejki eteryczne, gumy, drewno z lasów górskich i północnych, drewno z drzew w średnim wieku oraz drewno ze ścinki zimowej.
3.1.2. WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE DREWNA
Mechaniczne właściwości drewna określają jego zdolność przeciwstawiania się działaniu zewnętrznych sił, które mogą powodować jego przejściowe lub trwałe odkształcenie albo zniszczenie. Przyrost sił zewnętrznych może przebiegać powoli, jednokierunkowo aż do stopniowego osiągnięcia wielkości maksymalnej; obciążenie takie nazywa się obciążeniem statycznym. Natomiast obciążenie dynamiczne występuje w postaci jednorazowego gwałtownego uderzenia lub w formie wielokrotnych obciążeń o zmiennym kierunku. W dalszym ciągu będą rozpatrywane wyłącznie działania sił statycznych.
Działające na drewno siły zewnętrzne są równoważone siłami oporu stawianego przez drewno, czyli przez jego wytrzymałość. Każda jednostka powierzchni przekroju poprzecznego, np. 1cm2 drzewa , stawia pewien opór, który określa się nazwą naprężenia.
A zatem naprężenie jest to stosunek działającej siły do powierzchni przekroju wyrażony w (N/m2 ), czyli
wzór
Siła działająca na drewno powoduje zmianę jego kształtu i wymiarów, czyli odkształcenie. Odkształcenia, które ustępują po usunięciu siły, nazywają się sprężystymi, a odkształcenia, które zostają po usunięciu siły, trwałymi.
Największe naprężenie, przy którym po usunięciu działającej siły drewno powraca do swego pierwotnego kształtu i wymiarów, nazywa się granicą sprężystości. Mechaniczne właściwości drewna określają możliwość jego zastosowania w konstrukcjach oraz wielkość koniecznych elementów konstrukcyjnych.
Wpływ różnych czynników na właściwości mechaniczne drewna.
Na właściwości mechaniczne drewna mają wpływ omówione niżej czynniki.
Wytrzymałość drewna zależy od udziału drewna późnego, mającego bardziej ścisłą strukturę niż drewno wczesne.
Wzrost wilgotności w granicach 0 ÷ 30 % powoduje spadek wytrzymałości drewna. W punkcie nasycenia włókien, czyli przy wilgotności 30 %, wytrzymałość drewna jest najniższa. Dalsze wchłanianie wody wolnej nie ma wpływu na wytrzymałość drewna.
Dwie jednakowe próbki drewna o różnej wilgotności dają różne wyniki. W celu ujednolicenia wyników przyjęto, aby badania wytrzymałościowe przeprowadzać na próbkach drewna o wilgotności 12 %. Jeżeli wilgotność badanego drewna zawiera się w granicach 12 ± 3 %, to do celów porównawczych wyniki przelicza się do poziomu wilgotności 12 %, wg wzoru:
w którym:
R12 - wytrzymałość drewna o wilgotności 12 %,
Rw - wytrzymałość badanego drewna o wilgotności w granicach 12 ± 3 %,
α - współczynnik zmiany wytrzymałości drewna wskutek zmiany jego wilgotności o 1 %,
W - wilogtność bezwzględna drewna w %.
Średnia wartość współczynnika α dla różnych rodzajów wytrzymałości wynosi:
0,04 - na ściskanie,
0,01 - na rozciąganie,
0,03 - na ścinanie,
0,04 - na zginanie statyczne,
0,03 - w przypadku badania twardości.
Odchylenie przebiegu włókien od kierunku równoległego do osi podłużnej drewna powoduje zmniejszenie jego wytrzymałości tym znaczniejsze, im większy jest kąt odchylenia.
Wytrzymałość wzrasta ze wzrostem gęstości drewna.
Drewno wolne od wad jest bardziej wytrzymałe niż z wadami.
W obrębie jednego gatunku drewno z drzew starych ma mniejszą wytrzymałość niż drewno z drzew młodych lub w normalnym wieku rębności.
Z badań próbek małych (np. 2 x 2 x 2 cm) otrzymuje się wyższe wyniki wytrzymałości drewna niż z badań próbek większych (w małych próbkach łatwiej zauważyć ukryte wady drewna).
Maszyny do badania właściwości mechanicznych drewna.
Do badania właściwości mechanicznych drewna służą maszyny różnej konstrukcji. Najczęściej stosuje się maszyny uniwersalne, na których można przeprowadzać wielokierunkowe badania wytrzymałości na małych próbkach.
Jedną z nich jest maszyna Amslera (rys.), przystosowana do wszystkich niezbędnych badań wytrzymałościowych drewna, z wyjątkiem badania wytrzymałości na rozciąganie wzdłuż włókien. W skład takiej maszyny wchodzą następujące zasadnicze zespoły: płyta fundamentowa 1, dwa stojaki rurowe 2 połączone poprzecznicą 3, pompa oleju 4, zamocowana na stojaku prawym, prasa hydrauliczna 5 (na stojaku lewym), rama 6 zawieszona na tłoku prasy hydraulicznej, młot udarowy 7, urządzenia rejestrujące (siłomierz sprężynowy 8, bęben z samopisem 9) oraz podziałka młota udarowego. Maszyna jest przystosowana do dwóch zakresów obciążeń 0 ÷ 4 kN oraz 0 ÷ 40 kN. Wartości obciążeń maksymalnych zależą od pracującej powierzchni poprzecznej tłoka; im ta powierzchnia jest większa, tym większe jest obciążenie.
Między cylindrem 10 i tłokiem jest umieszczona grubościenna tuleja metalowa, która z zewnątrz za pomocą dźwigni może być sprzęgnięta albo z cylindrem, albo z tłokiem. Przy sprzęgnięciu z cylindrem pod ciśnieniem oleju przesuwa się ku górze tylko właściwy tłok o niewielkiej powierzchni pracującej, który powoduje maksymalne obciążenie do 4 kN. W razie sprzężenia tulei z tłokiem do góry przesuwa się tłok z tuleją o powiększonej znacznie powierzchni tłoczenia. Otrzymane wówczas obciążenie maksymalne wyniesie 40 kN.
Wskutek obracania korby 11 pompy oleju 4 przy zamkniętym zaworze przepustowym olej wtłaczany ze zbiornika do cylindra 10 unosi tłok wraz z zawieszoną na nim ramą 6. Rama w dolnej części ma dwie poprzeczki - podpory stałe - na których umieszcza się badane próbki. Po odkręceniu zaworu olej spływa przewodem odpływowym do zbiornika, a tłok opada na pozycję wyjściową.
Podczas badań, które dalej będą opisane, wartość siły niszczącej odczytuje się na tarczy siłomierza 8. Sprężyna 12 siłomierza jest podwieszona na wsporniku 13. Drogi koniec sprężyny jest przymocowany do tłoczka poruszającego się w cylindrze pomiarowym 14, który jest połączony przewodem olejowym z cylindrem prasy hydraulicznej. Pod wpływem wzrostu ciśnienia oleju tłoczek w cylindrze pomiarowym posuwa się w dół, powodując wydłużenie sprężyny; wydłużenie to za pośrednictwem bloczka i linki przenosi się na wskazówkę siłomierza. Druga wskazówka, poruszana jednokierunkowo przez pierwszą, obraca się swobodnie na osi i dlatego może rejestrować wartość maksymalnego obciążenia, zostaje bowiem na podziałce w miejscu największego obciążenia. Na górnej poprzecznicy 3 umieszczony jest bęben z samopisem 9, który służy do wykonywania wykresów w czasie badań. Bęben połączony z ramą prasy obraca się proporcjonalnie do odkształceń próbki, podczas gdy rysik umieszczony na poziomym prowadniku, zazębiony z kółkiem zębatym na osi siłomierza, przesuwa się proporcjonalnie do wartości obciążenia.
Ogólne zasady przygotowania próbek drewna do badań wytrzymałościowych
Kształty i wymiary próbek są znormalizowane. Bez względu na rodzaj badań próbki drewna przygotowuje się według ujednoliconych zasad. Odnoszą się one zarówno do sposobu pobierania próbek pierwotnych, to znaczy sztuk drewna okrągłego lub tarcicy, przeznaczonych do badań, jak próbek laboratoryjnych, czyli próbek o niewielkich wymiarach, przeznaczonych do bezpośredniego oznaczania właściwości mechanicznych.
Włókna drzewne w próbkach laboratoryjnych powinny przebiegać równolegle do podłużnej osi próbki, a słoje roczne na przekrojach czołowych - równolegle do jednej z par przeciwległych płaszczyzn. Próbki powinny być starannie wykonane bez widocznych wad; po wykonaniu poddaje się je klimatyzacji.
W celu ujednolicenia wyników badań przelicza się je zwykle do wilgotności 12 %, według wzoru podanego w punkcie …
Wytrzymałość drewna na ściskanie jest to opór stawiany przez drewno działaniu sił ściskających. Miarą tej wytrzymałości jest naprężenie wyrażone w kG/cm2 (N/m2 ), przy którym następuje zniszczenie próbki drewna. Badania przeprowadza się na próbkach prostopadłościennych o wymiarach 20 x 20 x 30 mm (30 mm wzdłuż włókien).
Ponieważ wytrzymałość drewna na ściskanie wzdłuż włókien jest znacznie większe (6-12 razy) niż w poprzek włókien, przeprowadza się oddzielne badania wzdłuż i w poprzek włókien. Wyniki w dużym stopniu zależą od prędkości przyrostu obciążenia. Obciążenie całkowite próbki powinno być tak wywołane, aby przyrost siły obciążającej wynosił 12-18 kN/min.
Przy badaniu wytrzymałości na ściskanie wzdłuż włókien zakłada się w ramie maszyny uniwersalnej podporę i naporę w kształcie walca. Próbkę umieszcza się na podporze. Próbkę obciąża się aż do momentu jej zniszczenia, kiedy wskazówka siłomierza wykaże nagły spadek siły obciążającej. Wytrzymałość próbki oblicza się wg wzoru:
Ostateczne odkształcenie przybiera różną formę. Najczęściej na płaszczyźnie promieniowej występuje ukośna fałda.
Przy badaniu wytrzymałości na ściskanie w poprzek włókien tok postępowania jest taki sam, jak przy badaniach wzdłuż włókien. Bada się przy obciążeniu prostopadłym do przekroju stycznego oraz prostopadle do przekroju promieniowego. W drewnie iglastym wytrzymałość na ściskanie dla pierwszego przypadku jest 1,5 razy niższa, niż w przypadku drugim.
Wytrzymałość drewna na rozciąganie jest to opór, jaki stawia drewno poddane działaniu sił rozciągających, które dążą do odkształcenia lub rozerwania badanej próbki. Miarą tej wytrzymałości jest wyrażone w MPa (N/m2 ) naprężenie, przy którym następuje zniszczenie próbki. Największą wytrzymałość na rozciąganie wykazuje drewno przy układzie włókien równoległym do kierunku działania siły. Przy kącie pochylenia włókien 15° wytrzymałość na rozerwanie obniża się do 30%.
Zgrubienia na obu końcach próbek zapobiegają ich zmiażdżeniu lub ścięciu przez szczęki zaciskowe maszyny. Włókna powinny przebiegać równolegle do osi części przewężonej, a słoje roczne - prostopadłe so szerszego boku próbki. Przyrost siły obciążającej powinien zawierać się w granicach 1200-1800 kG/min.
Próbkę zamocowuje się w żłobkowych szczękach maszyny 5-tonowej w ten sposób, aby kierunek działania siły pokrywał się z osią przewężonej części próbki. Rozerwanie próbki powinno nastąpić w przewężonej części. Wytrzymałość drewna na rozciąganie poprzeczne jest 5-40 razy mniejsza od wytrzymałości na rozciąganie wzdłużne (przyjmuje się średnio 1:30).
Próbki umieszcza się w uchwytach dolnych ramy maszyny probierczej i poddaje rozciąganiu. Wytrzymałość zarówno przy rozciąganiu wzdłużnym, jak i poprzecznym, oblicza się ze wzoru:
Wytrzymałość na rozciąganie poprzeczne w kierunku prostopadłym do przekroju promieniowego jest wyższa od wytrzymałości w kierunku prostopadłym do przekroju stycznego (np. u sosny, świerka, dębu).
Wytrzymałość drewna na ścinanie jest to stosunek obciążenia ścinającego do teoretycznej powierzchni ścinanego przekroju. Obciążenia ścinające występują przy działaniu na drewno dwóch równoległych, ale przeciwnie skierowanych sił. Siły te dążą do przesunięcia cząsteczek drewna w kierunku stycznym do badanego przekroju. Wytrzymałość na ścinanie oblicza się ze wzoru:
W zależności od kierunku słojów wyróżnia się:
ścinanie w poprzek włókien, kiedy siła ścinająca działa na boczną płaszczyznę drewna prostopadle lub pod innym kątem do przebiegu włókien;
ścinanie poprzeczne, gdy siła ścinająca działa na boczną płaszczyznę drewna w kierunku równoległym do przebiegu włókien;
ścinanie podłużne, gdy siła ścinająca działa na przekrój czołowy drewna równolegle do przebiegu włókien.
Do badań wytrzymałości na ścinanie jednostronne stosuje się specjalne próbki. Próbkę taką umieszcza się w podstawie dostosowanej do kształtu próbki i ustawia się w maszynie uniwersalnej. Obciążenie próbki powinno wzrastać o 300-500 kG/min aż do chwili jej zniszczenia. Wytrzymałość na ścinanie podłużne wzdłuż płaszczyzny promieniowej jest przeważnie wyższa niż wzdłuż płaszczyzny stycznej. Dlatego wyniki podaje się albo jako średnią arytmetyczną wyników badań w obydwu kierunkach. Badanie wytrzymałości na ścinanie poprzeczne prowadzi w taki sam sposób, stosując jednak próbki o innych kształtach. Ujemny wpływ na wyniki wywierają pęknięcia drewna, zmniejszając niekiedy do 1/3 wartości normalne.
Przy badaniu drewna na wytrzymałość na zginanie statyczne do badań stosuje się próbki o wymiarach 20 x 20 x 300 mm. Przyrost obciążenia przyjmuje się w granicach 120-180 kG/min.
Próbkę umieszcza się na podporach maszyny symetrycznie o kierunku naporu. Pod działaniem siły zginającej, działającej pionowo w środku próbki, próbka odkształca się (zgina się) aż do załamania. Miarę odkształcenia stanowi wielkość ugięcia, czyli strzałka ugięcia, która osiąga maksymalną wielkość bezpośrednio przed złamaniem próbki. W górnych warstwach zginającej się próbki następuje ściskanie, a w dolnych - rozciąganie włókien. Na granicy warstw ściskanych i rozciąganych przebiega strefa obojętna, w której nie ma naprężeń ani ściskających ani rozciągających.
Badanie powinno objąć próbki o różnym przebiegu słojów rocznych, a w wynikach badań należy wyraźnie zaznaczyć, jakich przekrojów te wyniki dotyczą. Wytrzymałość drewna na zginanie statyczne oblicza się wg wzoru:
Łupliwość drewna określa się jako odwrotność wytrzymałości na rozłupanie. Ocenia się ją wielkością siły potrzebnej do rozłupania oraz gładkością uzyskanych po rozłupaniu powierzchni.
Obecnie łupanie drewna jako rodzaj obróbki straciło znaczenie. Drewno jest łupliwe wyłącznie wzdłuż słojów rocznych. Drewno o równomiernej budowie jest bardziej łupliwe niż drewno o falistym włóknie, względnie z sękami. Pod względem stopnia łupliwości drewna rozróżnia się następujące grupy:
drewno bardzo łupliwe: świerk, jodła, wejmutka, topola, osika;
drewno łupliwe: dąb, buk, olcha, orzech, lipa, sosna, modrzew;
drewno trudno łupliwe: śliwa, grusza, jabłoń, jawor, jesion;
drewno bardzo trudno łupliwe: wiąz, grab, grochodrzew, brzoza.
Najmniej łupliwe jest drewno o wilgotności około 10%. Wzrost lub spadek wilgotności powoduje wzrost łupliwości.
Twardość drewna jest to opór, jaki stawia drewno ciałom wciskanym w jego powierzchnię. Twardość odgrywa ważną rolę w obróbce drewna oraz w elementach narażonych na ścieranie (materiały podłogowe, części maszyn). Przekrój poprzeczny drewna wykazuje znacznie większą twardość niż przekroje podłużne.
Do badań twardości stosuje się dwie metody: Janki lub Brinella. Najbardziej rozpowszechnioną metodą badania twardości drewna jest metoda Janki. Polega ona na wciskaniu w drewno stalowej lulki o przekroju średnicowym 1cm2 (o średnicy 11,284 mm) na głębokość promienia kulki (czyli 5,642 mm). Powierzchnia rzutu wcisku wynosi 1cm2. Wielkość siły, wykazana przez siłomierz maszyny uniwersalnej, określa twardość drewna. Praktycznie dokonuje się czterech wcisków. Średnia arytmetyczna sił odczytanych na siłomierzu dla każdego wcisku stanowi liczbę twardości Hj badanego drewna. Metoda Janki daje dobre wyniki przy badaniu drewna liściastego.
Twardość przekroju poprzecznego u gatunków iglastych jest średnio o 50%, a u liściastych o 15% wyższa od twardości przekrojów podłużnych. Twardość przekroju stycznego jest - u gatunków o silnie rozwiniętych promieniach rdzeniowych (dąb, buk) o 5-10% wyższa od twardości przekroju promieniowego; w pozostałych gatunkach twardość obydwu przekrojów podłużnych jest w przybliżeniu jednakowa.
3.2. OGÓLNE ZASADY MASZYNOWEJ OBRÓBKI DREWNA
ISTOTA I CEL OBRÓBKI MASZYNOWEJ
Maszynowa obróbka drewna jest to obróbka wykonywana przy użyciu maszyn i urządzeń napędzanych silnikami. Silniki dostarczają energii, która w całości lub częściowo zastępuje pracę ludzkich mięśni.
Zastosowanie obróbki maszynowej ma na celu: zwiększenie dokładności wykonania elementów lub wyrobów, a tym samym uzyskanie wyrobów powtarzalnych (wymiennych), umożliwienie masowej produkcji wyrobów, a przede wszystkim uwolnienie człowieka od pracy ręcznej, zwłaszcza tam, gdzie zagraża ona jego zdrowiu.
PIŁOWANIE
W praktyce stolarskiej rozróżniamy piłowanie prostoliniowe i krzywoliniowe. Piłowanie prostoliniowe może być poprzeczne, wzdłużne i skośne. Piłowanie elementów wykonuje się za pomocą różnego rodzaju pilarek.
Sposób cięcia na pilarce tarczowej oraz geometrię ostrzy piły tarczowej przedstawiono na rys.5-1a, natomiast geometrię ostrzy taśmowej - na rys. 5-1b. Odmiany piłowania przedstawia rys. 5-2.
Przecięcie materiału piłą nazywa się rzazem. Rzaz nie jest zazwyczaj gładki. Na gładkość rzazu decydujący wpływ ma jakość rozwarcia zębów piły i ich jednakowa wysokość. Rozwarcie zębów polega na wychyleniu parzystych zębów w jedną stronę, a nieparzystych w drugą stronę. Celem tego zabiegu jest uzyskanie rzazu o szerokości przekraczającej grubość tarczy lub taśmy piły. W ten sposób unika się tarcia brzeszczotu piły o rzaz, a więc i zbędnego jej nagrzewania podczas pracy.
FREZOWANIE DREWNA
Frezowanie drewna na frezarce dolnowrzecionowej
Na frezarce dolnowrzecionowej wykonuje się wyrównywanie i profilowanie wąskich powierzchni, czopowanie, wczepowanie, rowkowanie, głębienie (rys. 5-30) oraz modelowanie i odwzorowywanie, zwane również frezowaniem krzywoliniowym (rys. 5-31).
Frezarka dolnowrzecionowa jest wyposażona w pionowe wrzeciono, na którym zamocowano trzpień wystający ponad stół obrabiarki. Na trzpieniu tym unieruchamia się frez nasadzony lub głowicę frezową z nożami. Wykonuje on ruch obrotowy wraz z frezem lub głowicą. Podczas przesuwania elementu obrabianego i dociskania do wirujących noży następujące frezowanie. Często, zwłaszcza podczas wykonywania złączy, stosuje się zestawy frezów nasadzanych. W celu uzyskania złożonych profilów używa się frezów profilowych.
Każdy frez jest zbiorem kilku lub kilkunastu noży zamocowanych na stałe na niewielkiej tarczy lub walcu metalowym.
W głowicach frezowych noże skrawające są wymienne.
Przygotowanie frezów do pracy polega przede wszystkim na ich ostrzeniu. Czynność tę wykonuje się w taki sposób, aby nie zmienić profilu noży i utrzymać przewidziane kąty ostrza noża i skrawania (rys. 5-32).
Frezy i głowice wyrównoważa się za pomocą specjalnego przyrządu. Celem tej czynności jest sprawdzenie, czy noże frezu lub głowicy mają jednakową masę.
Przygotowanie obrabiarki do pracy zależy od rodzaju frezowania. Zamocowanie fezu lub głowicy frezowej na trzpieniu jest czynnością poprzedzającą każde frezowanie. Do wyrównywania, profilowania, rowkowania i głębienia stosuje się przykładnie (rys. 5-33). Obrabiany element jest wówczas dociskany do stołu frezarki i do przykładni. O głębokości frezowania decyduje wysokość wystawania ostrzy frezów lub noży głowicy poza płaszczyznę przykładni (rys.5-35). Należy dążyć do tego, by powierzchnia bazowa była możliwie duża i nie zmniejszała się nadmiernie podczas frezowania (rys.5-36). Zależy to od sposobu zamocowania frezu. Jeśli frezowanie ma być nieprzelotowe, a więc dokonane na określonej długości elementu, to do przykładni trzeba zamocować ograniczniki (rys.5-37).
Podczas wykonywania czopów, widlic lub wczepów prostych stosuje się specjalne uchwyty, które unieruchamiają obrabiane elementy i utrzymują je pod odpowiednim kątem, najczęściej prostym, w stosunku do kierunku posuwu obrabianego elementu. Uchwyty te przesuwa się po rowkach wyciętych w stole obrabiarki. Rowki te mają poprzeczny przekrój o kształcie trapezu. Można również mocować do stołu frezarki prowadnice, po których przesuwa się uchwyt wraz z obrabianymi elementami (rys. 5-30d). Wczepy przelotowe proste, wykonywane na frezarce dolnowrzecionowej, mają szerokość gniazd równą szerokości wczepów. Wymiary te są równe grubości frezów, za pomocą których wykonuje się gniazda (rys. 5-30d).
Wykonywane na frezarce dolnowrzecionowej czopów i widlic nie jest skomplikowane. Widlica jest frezowana jednym frezem lub zestawem frezów, których łączna grubość jest równa prześwitowi widlicy. Czop wykonuje się dwoma frezami. Odległość tych frezów od siebie decyduje o grubości czopu.
Krzywoliniowe frezowanie odbywa się za pomocą specjalnego wzornika i pierścienia wodzącego (rys. 5-31). Jest on zakładany na trzpień pod frez lub głowicę frezową. Najdokładniejszym pierścieniem jest łożysko toczne. Jednak z uwagi na dużą średnicę stosuje się je wtedy, gdy łuki frezowanych krzywizn są łagodne.
Niektóre omówione rodzaje frezowania wymagają unieruchomienia elementów w oprzyrządowaniu. Dlatego oprzyrządowanie musi być wyposażone w urządzenia dociskowe (rys.5-38). Poszczególne zabiegi frezowania trwają kilka do kilkunastu sekund, dlatego układanie i unieruchamianie elementów w oprzyrządowaniu musi być wykonywanie w bardzo krótkim czasie. Z tych powodów najkorzystniejszy jest docisk pneumatyczny, a tam, gdzie jest on niemożliwy do zastosowania z powodu braku urządzeń do sprężania powietrza jest docisk mimośrodowy.
Frezarkę obsługuje jeden pracownik. Palety transportowe z elementami przeznaczonymi do obróbki i z elementami obrobionymi należy ustawiać możliwie blisko frezarki tak, by obsługujący ją pracownik nie musiał wykonywać długich ruchów roboczych. Bardzo często obsługujący frezarkę musi zbliżać palce rąk do wirującego narzędzia skrawającego. Stwarza to duże zagrożenie wypadkowe, zwłaszcza podczas frezowania krótkich lub wąskich elementów. Tam, gdzie jest to tylko możliwe, stosuje się osłony. Podczas frezowania krzywoliniowego stosowany jest jedynie pierścień ochronny. Inne osłony frezów nie są doskonałe, ponieważ frez musi wystawiać poza płaszczyznę przykładni, jeśli ma nastąpić frezowanie.
Powierzchnia frezowania powinna być gładka i równa, bez wyrwań i widocznych fal. Chropowatość powierzchni, zwłaszcza profilowej, jest trudna do usunięcia. Powstaje ona najczęściej, gdy prędkość obrotowa frezarki jest za mała oraz gdy ostrza narzędzia skrawającego są tępe. W takich sytuacjach następuje również przypalanie drewna, co jest bardzo niekorzystne. Falistość powierzchni frezowanej jest wynikiem drgań obrabianego materiału lub wrzeciona frezarki. W pierwszym wypadku należy zwiększyć docisk elementu podczas frezowania. Drgania wrzeciona mogą świadczyć o zużyciu się łożysk lub zgięciu trzpienia, na którym mocowany jest frez.
Frez wykonuje bardzo dużą liczbę obrotów na minutę, dlatego na ogół w wyniku frezowania uzyskuje się powierzchnie gładkie. Gdy frez jest tępy, powierzchnie frezowanego elementu mogą być przypalone. Jest to duża wada, jeśli zważy się, że powierzchnie o złożonych profilach są trudne do wygładzenia za pomocą materiałów ściernych.
WIERCENIE DREWNA I TWORZYW DRZEWNYCH
Otwory i gniazda o przekroju poprzecznym okrągłym wykonuje się za pomocą wiertarek pionowych i poziomych. Wiertarko-frezarkami można wykonywać otwory lub gniazda płaskie. Sposoby maszynowego wiercenia w stolarstwie oraz rodzaje otworów i gniazd przedstawiono na rys. 5-45. Narzędziami skrawającymi podczas wiercenia są wiertła. Ich odmiany najczęściej stosowane w produkcji stolarskiej pokazano na rys. 5-46.
Każde wiertło składa się z trzpienia mocowanego w uchwycie obrabiarki oraz z wydłużonego elementu zakończonego częścią roboczą wyposażoną w noże skrawające. Śrubowy kształt niektórych wierteł ułatwia usuwanie wiórów z wykonywanego otworu czy gniazda. Ma to szczególne znaczenie wtedy, gdy otwór lub gniazdo są głębokie.
Z uwagi na niewielką pracochłonność w meblach współczesnych skrzyniowych, a również coraz częściej i w stojakach, szerokie zastosowanie znajdują połączenia kołkowe. Do ich wykonania niezbędne jest wiercenie drewna. Jest ono wykorzystywane w produkcji mebli skrzyniowych za pomocą wiertarek wielowrzecionowych. Mogą one wiercić kilka lub kilkanaście otworów i gniazd w zależności od potrzeby. Również stosowanie wielu okuć, jak zawiasy kołkowe czy wkręty śrubowe z nakrętką w kształcie wałeczka, wymaga wiercenia gniazd o przekroju poprzecznym okrągłym.
Wspólną cechą wiertarek wielowrzecionowych jest umieszczenie szeregu wrzecion obok siebie w belce wrzecionowej. Belka wykonuje ruch postępowo-zwrotny poziomy lub pionowy, w zależności od ustawienia obrabiarki, a wrzeciona wykonują ruch obrotowy wraz z zamocowanymi na nich wiertłami. Odległości między zamocowanymi wiertłami są równe odległościom gniazd w elemencie co jest równoznaczne z rozstawem kołków.
3.3. CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA DOKŁADNOŚĆ OBRÓBKI MASZYNOWEJ
Czynniki wpływające na dokładność obróbki skrawaniem
Wymagane wymiary i kształty elementów można uzyskać stosując następujące sposoby obróbki: wg pomiarów, wg wyznaczania lub wg ustawienia obrabiarki.
Obróbka wg pomiaru polega na próbnym wykonaniu czynności, np. struganiu grubościowego, a następnie na pomiarze grubości elementu i ponownym struganiu po dokonaniu poprawki w ustawieniu obrabiarki. Czynności te powtarza się do czasu, gdy osiągnięta grubość elementu będzie najbardziej zbliżona do grubości elementu podanej na rysunku. W przypadku stosowania tej metody różnice wymiarów mogą być spowodowane błędnym dokonaniem pomiaru.
Obróbka wg linii traserskich polega na rysowaniu elementu na materiale i następnie poddaniu tego materiału obróbce, w której linie traserskie przyjmuje się za linie graniczne elementu. W tym przypadku niedokładność wymiarów i kształtów wynika z błędów powstałych w czasie pomiaru, rysowania oraz obróbki. Zresztą sposób ten jest bardzo pracochłonny i stosuje się go wtedy, gdy wykonuje się niewielką liczbę jednakowych elementów. Jeśli przed trasowaniem tarcicę podda się struganiu i na jej powierzchni zostaną wytrasowane elementy, to uzyskuje się większą wydajność materiału. Dlatego metodę tę stosuje się podczas obróbki bardzo cennego drewna.
Obróbka wg ustawienia obrabiarki polega na takim ustawieniu ruchomych części obrabiarki względem narzędzi skrawających, aby istniała gwarancja otrzymania elementów o prawidłowym kształcie i możliwie dokładnych wymiarach. Uzyskana w ten sposób dokładność jest większa, oczywiście pod warunkiem prawidłowego ustawienia obrabiarki. Metodę tę jako najbardziej wydajną stosuje się w produkcji seryjnej i masowej, to jest wtedy, gdy jednorazowo produkuje się dużą liczbę jednakowych elementów. Zrozumiałe jest, że pierwszy element obrobiony na danej obrabiarce należy sprawdzić, dokonując jego pomiaru. Porównanie długości, szerokości i grubości gotowych elementów z wymiarami tych elementów podanymi na rysunkach warsztatowych zawsze wykaże większe lub mniejsze różnice. Przyczynami powstawania niedokładności wymiarów i kształtów są właściwości materiałów, niedokładność obrabiarek i ich ustawienia oraz wadliwe bazowanie elementów na obrabiarkach.
Wpływ właściwości materiałów na dokładność obróbki maszynowej. Materiał drzewny ma specyficzną strukturę i niejednolitą budowę, co przy właściwościach higroskopijnych drewna powoduje zmianę wymiarów i kształtu wraz ze zmianą wilgotności otoczenia. Dlatego obróbce skrawaniem poddaje się drewno o wilgotności użytkowej, to jest równej 8÷12%. Ponadto wilgotność powietrza w czasie produkcji wyrobów stolarskich nie powinna ulegać gwałtownym zmianom. Dzieje się tak podczas nanoszenia roztworu klejowego na drewno. Do drewna przenika wówczas duża ilość wody. Dlatego jest ważne, by po zakończeniu klejenia gotowy produkt poddać sezonowaniu przed dalszą obróbką.
Płyty wiórowe, pilśniowe i paździerzowe nie ulegają tak dużym zmianom kształtu i wymiarów pod wpływem zmian wilgotności otoczenia, jak drewno. Dlatego nie jest potrzebna specjalna ostrożność, tym bardziej że w wytwórniach mebli i stolarki budowlanej z innych przyczyn technologicznych utrzymuje się odpowiednie warunki.
Wpływ dokładności obrabiarek i ich ustawienia na dokładność obróbki skrawaniem. Elementy w czasie obróbki mocuje się do stołów obrabiarek, przesuwa po nich lub dociska do różnego rodzaju oporów i przykładni. Prostoliniowość tych elementów obrabiarek i prawidłowość ich ustawienia decydują o dokładności obróbki. Ponadto wirujące części maszyn, na których są osadzone narzędzia skrawające, wykazują drgania promieniowe i osiowe, które przenosząc się na narzędzia skrawające obniżają jakość obróbki. W produkcji stolarskiej bardzo często stosuje się oprzyrządowanie, którego dokładność wykonania w dużej mierze decyduje o dokładności obróbki. Narzędzia skrawające miewają odchyłki od przewidzianych kształtów, najczęściej spowodowane wadliwym przygotowaniem ich do pracy. Ma to duży wpływ na wyniki uzyskiwane podczas skrawania maszynowego. W czasie pracy obrabiarki, na skutek nacisku materiału obrabianego, powstają odkształcenia części roboczych maszyny. Duża prędkość obrotowa powoduje drgania, również wpływające na dokładność obróbki. Podobne szkodliwe działanie mają drgania obrabianego materiału.
Wpływ bazowania na dokładność wymiarów i kształtu obrabianych elementów. Położenie elementu na obrabiarce, zwane bazowaniem, wpływa w sposób decydujący na jego kształt i wymiary. Podczas wyrównywania uzyskuje się wyjściową bazę technologiczną, zwaną bazą ustawienia. Jest to płaszczyzna, która będzie przykładana do stołu następnej obrabiarki, w tym wypadku strugarki grubościowej, lub przykładnicy wyrówniarki, w razie produkcji graniaka. W ten sposób powstają dalsze bazy, czyli obrobione powierzchnie, które znajdują się względem siebie w położeniu przewidzianym kształtem elementu. Wykorzystując te bazy wykonuje się złącza, czyli tak zwane bazy montażowe. Zrozumiałe jest, że bazy ustawienia decydują nie tylko o kształcie wykonywanego elementu, ale również o kształtach zmontowanego wyrobu.
Aby otrzymać element obrobiony o dostatecznej dokładności należy, oprócz wymienionych wyżej zasad, przestrzegać następujących zaleceń dotyczących bazowania elementów podczas obróbki skrawaniem:
nie obrobione powierzchnie należy wykorzystywać jako bazy w początkowych operacjach (piłowanie poprzeczne, piłowanie wzdłużne i struganie wyrównujące),
bazę ustawienia należy wykorzystywać w możliwie największej liczbie dalszych operacji, jak również, jeśli to możliwe, podczas wykonywania złączy, czyli baz montażowych,
płaszczyzna elementu, którą opiera się on w czasie obróbki, powinna być możliwie duża i przylegać ściśle do stołu maszyny, jeśli wymaga tego sposób obróbki, również - do prowadnicy.
Podstawowe pojęcia dotyczące tolerancji i pasowań w obróbce drewna i tworzyw drzewnych.
Wykonanie elementów o kształcie i wymiarach identycznych z rysunkiem lub modelem praktycznie nie jest osiągalne. Zaprojektowane przez konstruktora i podane na rysunkach oraz w zestawieniach materiałowych wymiary elementów i złączy nazywa się wymiarami nominalnymi. Wymiary wykonanego elementu lub złącza nazywa się wymiarami rzeczywistymi. Różnice między tymi wymiarami określa się mianem odchyłek. Ich wartość nie jest obojętna dla możliwości użytkowania mebla czy stolarki budowlanej. Skrzydło okienne musi się wsuwać we wręgi ościeżnicy, podobnie jak drzwi szafy muszą być dopasowane do korpusu tego mebla. Trzeba jednak zachować przy tym zasadę, by przymyki były szczelne. z powyższych rozważań wynika, że konstruktor określonego wyrobu powinien podać, w jakich granicach wymiary rzeczywiste elementów mogą odbiegać od ich wymiarów nominalnych, a więc powinien oznaczyć na rysunku wymiary tolerowane. Poza tym powinien podać, w jakich granicach wymiary rzeczywiste złączy mogą odbiegać od ich wymiarów nominalnych, a więc powinien oznaczyć na rysunku wymiary pasowane. Określenie to wywodzi się z faktu, że złącza, które tworzą połączenia, powinny do siebie odpowiednio pasować (przylegać).
Rozróżnia się następujące pasowania:
luźne - przestronne bardzo luźne, przestronne luźne, przestronne, obrotowe bardzo luźne, obrotowe luźne, obrotowe ciasne, suwliwe (np. szuflady),
mieszane - przylgowe, bardzo lekko wciskane, lekko wciskane, wciskane, mocno wciskane, bardzo mocno wciskane,
ciasne - bardzo lekko wtłaczane, lekko wtłaczane, wtłaczane.
Są dwa sposoby oznaczania na rysunkach wymiarów tolerowanych i pasowanych, a mianowicie system liczbowy i pośredni - za pomocą symboli rodzaju i klas pasowania. W pierwszym sposobie wartości odchyłek są podawane liczbami, a w drugim - symbolami, przy czym wartości liczbowe odchyłek wyszczególnia się w tabliczce zamieszczonej w prawej górnej części rysunku.
Sposób oznaczania na rysunku wykonawczym wymiarów tolerowanych i pasowanych za pomocą liczb przedstawiono na rys. 5-55. Wymiar tolerowany długości elementu wynosi 800 ± 0,8 mm. Liczby +0,8 i -0,8 wskazują, że największa tolerowana długość elementu wynosi: 800 + 0,8 =800,8 mm, a najmniejsza 800 - 0,8 = 799,2 mm. Liczba + 0,8 stanowi odchyłkę górną, a liczba - 0,8 odchyłkę dolną.
Tolerancją nazywa się różnicę między wymiarem granicznym górnym i dolnym.
Kontrolny pomiar wymiarów elementów i złączy za pomocą suwmiarki jest mało dokładny i pracochłonny, a w produkcji masowej lub wielkoseryjnej nieopłacalny. Dlatego stosuje się wówczas sprawdziany graniczne szczękowe (rys. 5-56a,b) lub wałkowe (rys. 5-56c).
3.4. ZASTOSOWANIE EMISJI AKUSTYCZNEJ (EA) W TECHNOLOGII MECHANICZNEJ OBRÓBKI DREWNA
Przyczyną emisji akustycznej [EA] w drewnie mogą być naprężenia mechaniczne powstałe w wyniku przyłożenia zewnętrznych sił mechanicznych lub też własne naprężenia wilgotnościowe.
Na początku lat 80-tych w USA zapoczątkowano badania zmierzające do wykorzystania pomiarów emisji akustycznej do kontroli procesów skrawania drewna [Lamaster, Klamecki, Dornfel]. W trakcie płaskiego skrawania wzdłuż włókien drewna jodły równocześnie z pomiarami sił skrawania mierzono energię oraz gęstość emitowanych sygnałów EA. Sygnały zbierane przez piezoelektryczny przetwornik przymocowany do narzędzia skrawającego pozwoliły na analizę wpływu takich wielkości parametrów skrawania jak: kąty narzędzia skrawającego i długość kontaktu tworzącego się wióra z krawędzią natarcia noża przy stałej grubości i prędkości skrawania. Analiza umożliwiła na stwierdzenie, że emisja EA w większym stopniu odzwierciedla zmiany parametrów skrawania aniżeli pomiar sił skrawania. Wykazano, że głównymi emitentami sygnałów są strefy plastycznych zmian nad i pod krawędzią ostrza narzędzia skrawającego tracie wióra o powierzchnię natarcia oraz załamywanie się powstającego wióra. Potwierdziły to pomiary przy toczeniu drewna wykonane w późniejszym czasie [Lamaster, Dornfeld; Lamaster, Tee, Dornfeld]. Stwierdzono również, ze gęstość i energia emitowanych sygnałów zmniejsza się liniowo ze wzrostem długości drogi skrawania. Po przekroczeniu pewnej określonej drogi skrawania parametry EA utrzymują się prawie na jednakowym poziomie.
Długość drogi dla której istnieją zależności liniowe pomiędzy gęstością impulsów a drogą skrawania może być miarą stępienia narzędzia; dodatkowo stwierdzono, że w miarę postępującego stępienia ostra narzędzia skrawającego znacznie obniża się częstotliwość sygnałów o dużej energii. Wyniki te znalazły potwierdzenie w późniejszych pracach [Murase, Ike, Mori; Sadanari i inni ], którzy wykazali, że amplituda emitowanych w czasie skrawania sygnałów EA w znacznej mierze zależy od kąta nachylenia włókien drzewnych w stosunku do kierunku przemieszczającego się ostrza noża. Najwyższą amplitudą charakteryzują się sygnały rejestrowane podczas skrawania drewna w kierunku "pod włókno" mniejszą "z włóknem', a najmniejszą w wypadku skrawania drewna równolegle z przebiegiem włókien. Tak więc amplituda i gęstość rejestrowanych sygnałów EA są stosunkowo niskie przy płynnej obróbce, a tworzący wiór jest długi i gładki. Podczas skrawania drewna "pod włókno" tworzący wiór łamie się - wysoka amplituda sygnałów EA. W związku z tym, na podstawie parametrów EA możliwa jest ocena jakości wytwarzanych wiórów ważna z punktu widzenia ich użycia do produkcji płyt wiórowych. Badania wykazały bowiem, że stan wytwarzanych wiórów zależny od rodzaju drewna jego wilgotności i kierunku obróbki ma swoje odbicie w parametrach EA [Murase i inn.].
Dzięki przedstawionym wyżej badaniom nad możliwością kontroli procesu skrawania metodą EA, pojawiła się koncepcja wykorzystania emisji dźwięków do automatycznego sterowania parametrami obróbki w celu uzyskania odpowiedniej jakości obrabianej powierzchni.
Tanaka opracował nawet system komputerowego sterowania parametrami obróbki wykorzystujący sprzężenie zwrotne pomiędzy jakością obrabianej powierzchni, a generowanymi sygnałami EA. Opracowanie takiego systemu stało się możliwe dzięki stwierdzeniu wysokiej korelacji między jakością obrabianej powierzchni a gęstością sygnałów EA emitowanych w czasie obserwowanych procesów piłowania. Przedstawione na rys. zależność wydaje się mieć charakter uniwersalny, ponieważ uwzględnia ona różne parametry obróbki drewna, takie jak grubość oraz prędkość posuwu przecinanych elementów różnych gatunków drewna iglastego.
3.5. OCENA JAKOŚCI DREWNA
Również przy ocenie jakości materiałów drzewnych - oprócz nowoczesnych metod nieniszczących opartych o statyczną bądź dynamiczną ocenę sztywności drewna stanowiącą podstawę tzw. wytrzymałościowego sortowania tarcicy istnieją szerokie możliwości wprowadzenia emisji EA do kontroli jakości. Kontrola EA podczas sortowania większych elementów drewnianych wykazała, że EA generowana jest przede wszystkim w miejscach występowania sęków i towarzyszących im odchyleń włókien i jest tym większa gdy sęki występują w strefie rozciąganej. Szczególnie zachęcające są w omawianym kontekście pozytywne wyniki prób zastosowania prototypowej maszyny sortującej na zasadzie spójnego wykorzystania sztywności i aktywności akustycznej.
Prowadzone są też badania nad możliwością zastosowania metody A do oceny jakości drewna klejonego w warstwach równoległych tzn. gdy wszystkie warstwy sklejonych fornirów lub desek są równolegle zorientowane do podłużnej osi elementu - co tak staje się popularne w obecnym czasie. Zróżnicowanie jakościowe elementów drewna warstwowego odzwierciedla się również w energii emitowanych sygnałów. W przypadku elementów dobrej jakości sygnałów EA o wysokiej wartości jest niewiele. Próba zginania wielkowymiarowych belek klejonych poddanych uprzednio symulowanym warunkom eksploatacyjnym wykazała odmienny charakter EA w porównaniu z belkami kontrolnymi /nie poddanymi wcześniej długotrwałemu obciążeniu zarówno mechanicznemu jak i wilgotnościowemu/. Długotrwałe działanie zmiennej wilgotności mogło spowodować zaczątki rozwarstwień co znacznie obniżyło sumę emitowanych sygnałów EA.
Stosowane powszechnie połączeń palczastych w elementach konstrukcyjnych pozwala z jednej strony na znaczne zwiększenie ich długości, lecz z drogiej strony powoduje osłabienie elementów konstrukcyjnych. Jakość zatem elementów klejonych wielkowymiarowych jest zdeterminowana jakością tych połączeń czopowych. Analizy zależności obciążenia w funkcji ilorazu przyrostu obciążenia i przyrostu zliczanych impulsów EA umożliwia z dokładnością do 10% przewidywać wielkość siły niszczącej. Wykazano możliwość wykorzystania tej metody do optymalizacji parametrów technologicznych zaklejania takich połączeń. W zależności bowiem od stosowanego ciśnienia i szybkości jego wywierania może dochodzić do pękania drewna w wierzchołkach wklinowujących się wzajemnie czopów, bądź w wypadku zbyt niskich ciśnień do powstawania „pustych" niedoklejonych miejsc. Tego typu wady technologiczne w znacznym stopniu obniżają wytrzymałość połączenia.
Właściwości elementów konstrukcyjnych sklejonych z drewna litego a także tworzyw drzewnych w znacznej mierze uzależnione są od jakości spoiny klejowej. Generalnie jakość spoiny klejowej zależy od rodzaju kleju, jego właściwości kohezyjnych i adhezyjnych w stosunku do sklejanych elementów. W czasie badań ujawniono znaczne zróżnicowanie w widmie emitowanych sygnałów EA w przypadku stosowania klejów elastycznych (izocyjaniany i kleje glutynowe) przebiegi zliczeń sygnałów EA praktycznie nie różniły się od tego typu krzywych dla drewna litego. Natomiast w przypadku b. kruchej żywicy mocznikowej sygnały akustyczne pojawiły się już przy obciążeniach znacznie niższych aniżeli dla drewna litego. Metodę EA można z powodzeniem zastosować również do analizy zmian zachodzących w spoinie w trakcie jej utwardzania.
Należy również wspomnieć o orientacyjnych badaniach nad EA powstającą w kątowych złączach meblarskich podczas działania naprężeń użytkowych.
Również w tworzywach drzewnych w skutek naprężeń termicznych wynikających z różnic odkształceń kleju i sklejanych arkuszy fornirów lub obłogów może dochodzić do lokalnych rozwarstwień. Obecność tych wad manifestuje się w postaci EA pod działaniem naprężeń mechanicznych.
Mimo przeprowadzonych udanych eksperymentów jakościowego sortowania sklejki w warunkach przemysłowych na specjalnie skonstruowanym do tego celu urządzeniu sortującym (w pakcie przemieszczania się arkuszy sklejki pomiędzy uginającymi je walcami miejsca źle sklejone ujawniane są przez przetworniki EA) metoda ta wymaga jeszcze wielu badań związanych z ustaleniem związków pomiędzy EA a np.: rodzajem kleju, stopniem jego utwardzenia oraz rodzajem forniru czy sposobem jego ułożenia w arkuszu itp.
Obróbka drewna i tworzyw drzewnych jest głównym czynnikiem w produkcji przemysłu drzewnego i w ciągu ostatnich lat spowodowała, że przemysł produkcji obrabiarek i urządzeń z powrotem osiągnął taką pozycję jak poprzednio w pozycjach sprzedaży i zatrudnienia.
Aby utrzymać tą pozycję, niezbędna jest dalsza intensyfikacja badań dla przyszłościowego rozwoju produkcji w tym zakresie.
4. OBRÓBKA DREWNA OBRABIARKAMI CNC - NOWOCZESNE TECHNOLOGIE
Maszyny -CNC są używane w przemyśle jak i mniejszych zakładach. Dzięki swym systemom sterowania znajdują zastosowanie w rozwiązywaniu starych jak i nowych problemów produkcyjnych do których należą: krótkie terminy dostaw, uniwersalność produkcji przy małych jak i dużych seriach i niezmienna wysoka jakość produkcji.
W obrabiarkach CNC zastosowana i wykorzystana jest najnowsza technologia budowy maszyn, która pozwala na modułową budowę tych obrabiarek w zależności od potrzeb indywidualnego odbiorcy i kryteriów obróbki elementów. Maszyny CNC są dziś oferowane do różnych systemów obróbki, jak frezowanie, wiercenie, rozdzielanie (piły), szlifowanie, obrabianie krawędzi - przez co mogą ze sobą współpracować w liniach jak i tworzyć odrębne pojedyncze stacje.
Maszyny stacjonarne charakteryzują się tym, że obrabiany materiał jest dostarczony na stół, automatycznie mocowany, obrabiany po czym z tego samego miejsca znów zabrany, do grupy tej należą najczęściej:
frezarki górnowrzecionowe,
wiertarki,
centrum obróbcze.
Maszyny liniowe - elementy obrabiane są dostarczane systemem posuwowym łańcuchowym, rolowym a następnie obrabiane na poszczególnych podstacjach.
Należą tu przede wszystkim maszyny do obróbki krawędzi jak i szlifierki.
To cztery podstawowe typy maszyn będziemy szerzej opisywać w paru następnych odcinkach.
Teraz pozostańmy przy podstawowych modułach a raczej cechach tych maszyn:
podstawowy system obróbki,
budowa maszyny,
system sterowania,
rozbudowa oprogramowania - NC - „numerical control”.
Różnorodne systemy obróbki są też zależne od numerycznego sterowania jak:
punktowe - pozycyjne: umożliwiają pozycyjne ustawienie narzędzia i wykonanie w tym punkcie obróbki np. wiercenie; najpopularniejsze maszyny tego typu to CNC - wiertarki tzw. „punkt - punkt”,
liniowe sterowanie - umożliwia pozycjonowanie narzędzia wraz z dalszą obróbką wzdłuż własnej osi z programowanym posuwem - przecinanie CNC - piły rozdzielające blokowe,
konturowe sterowanie z reguły pracą po zaprogramowanych liniach prostych łukach - promieniach czy punkty maszyny jak CNC - frezarki górnowrzecionowe czy centrum obróbcze CNC.
Podstawowymi cechami łączącymi maszyny sterowane numerycznie jak: CNC - frezarki górno- wrzecionowe, CNC - wiertarki, CNC - centra obróbcze jest to, że narzędzie porusza się do zamocowanego elementu, który jest obrabiany. Sterowanie narzędzia jest wcześniej przygotowanym programem. Innymi wspólnymi cechami są:
konstrukcja maszyny,
sterowniki,
budowa programu,
mocowanie narzędzi obrabiających,
z reguły praca w trzech osiach x, y, z.
Przy czym Z - jest osią pracy zamocowanego narzędzia.
Natomiast różnica polega na rodzaju i ilości wykonywanych operacji.
Frezarki górnowrzecionowe CNC posiadają wrzeciona o większej mocy z centralnym napędem o mocy od 7 do 15 KW.
mają sterowanie punktowe tzn. „Punkt - Punkt Maszyny” wyposażone we wrzeciona pionowe i poziome, ostatnio niejednokrotnie dodatkowo wrzeciono do lekkich frezowań typu podcinania, wręgi co jest dodatkowo objęte sterownikami liniowymi lub konturowymi.
Centrum obróbcze - CNC, jest wynikiem połączenia tych obu wyżej wymienionych rodzajów maszyn.
Jako zadanie stawia się, kompletne obrobienie elementu za jednym zamocowaniem - na jednej maszynie omijając wszystkie zbędne operacje, jak transport i składowanie. Łączy się to pośrednio z całą infrastrukturą zakładu, np. zasilanie energią elektryczną jest tylko do jednej maszyny, odciągi, miejsce w zakładzie redukcja przestoju, maszyn, czas wykonywania poszczególnych operacji, uniwersalność produkcji - szybkie przejście na inny program tym samym eliminowanie czasochłonnego ustawiania konwencjonalnych maszyn.
Frezarki górnowrzecionowe - CNC.
Przejście z prowadzenia ręcznego lub szablonowego obrabianego elementu, do dzisiejszych CNC - frezarek górnowrzecionowych umożliwia wykonanie prawie wszystkich operacji jak:
formatowanie,
profilowanie prostych i kształtnych elementów,
nafrezowywanie na powierzchniach płaskich i wypukłych,
nacinanie wręgów,
wiercenie czy czopowanie.
Frezarki CNC można podzielić ze względu na sterowanie na cztery grupy, przy czym każda ma swoje specyficzne zalety.
Stół maszynowy stały.
Wrzeciono obrabiające jest prowadzone w trzech osiach x, y, z, ten rodzaj daje obsługującemu tą zaletę, że może zmiennie zakładać element do obróbki.
Ten rodzaj ma jeszcze dwie grupy maszyn
przesuwna podstawa (stół)
przesuwny portal (wrzeciona)
Konstrukcja z przesuwnym stołem daje możliwość swobodnego dostępu do stołu mocującego od przodu i z boku co daje z kolei możliwość zastosowania tu automatów podających. Przesuwny portal - daje możliwość dwustronnego wykorzystania maszyny i dowolny wybór kierunku ruchu portalu, szczególnie nadaje się do obróbki długich elementów jak przy konstrukcjach schodów.
Stół maszynowy - ruch w jednej osi.
Jak stół tak i portal poruszają się podczas obróbki zintegrowanie w osi x, y.
Maszyny te są zazwyczaj oferowane z podwójnymi stołami aby umożliwić podczas pracy na jednym stole , równoczesne mocowanie elementu do obróbki na drugim.
Do dużych elementów stoły te mają sprzężenie poprzez odpowiedni sterownik.
Stół maszynowy z ruchem krzyżowym wektory pracy x,y.
Jest to najbliższe pokrewieństwo z konwencjonalną maszyną, gdzie użyto tylko technologii CNC do ruchu stołu. Ruch w osiach x i y jest krótki i bardziej ograniczony jak w dwu poprzednich typach.
Maszyny z dodatkowymi osiami pracy 4 i 5.
Niektóre konstrukcje mebli czy elementów wymagają dodatkowych osi pracy czyli możliwości zastosowania np. skośnych wierceń lub nacięć. Maszyny te jednak nie stanowią dużego procentu ilościowego na rynku ze względu na ich wyższy koszt, pracochłonność przy stymulacji programowania ruchu przestrzennego.
Ale jednak zawsze są tam gdzie jest wymagana wielka precyzja i uniwersalność wielkoseryjnej produkcji specjalnych materiałów.
Opisane powyżej cztery systemy ruchu mają ścisłe powiązanie z systemem napędowym, który musi być bardzo dokładny pomimo szybkich przyspieszeń czy hamowań.
Używane są na razie dwa systemy napędowe: na prąd stały (DC - napęd) i na prąd zmienny (AC - napęd) oraz testowane są napędy trzeciej generacji - prąd zmienny ze sterowaniem cyfrowym.
Powszechniej stosowany jest system AC ze względu na niższe koszty serwisowe.
4.1. NOWE URZĄDZENIA I TECHNOLOGIE DO CAŁOŚCIOWEJ OBRÓBKI DREWNA
4.1.1. CZTEROOSIOWE CENTRA OBRÓBCZE FIRMY IMA
IMA- czteroosiowe centrum obróbcze BIMA 610
Po raz pierwszy udało się firmie IMA jedną maszyną zapewnić wytwarzanie okien z litego drewna i obróbkę płyt. Centrum obróbcze jest tak zaplanowane, że drewniane elementy futryny i skrzydła okiennego zostają równocześnie uchwycone specjalnymi uściskami na sprężone powietrze i ustawione w odpowiedniej pozycji, tzn. wszystkie części okna są w komplecie umocowane do obróbki. Centrum obróbcze dysponuje ruchomą, umieszczoną na wysięgniku talerzową głowicą z 18 narzędziami, a po lewej stronie stołu umieszczonym na stałe liniowym przyrządem z 8 zmiennymi narzędziami. W przyrządzie tym umieszczono wszystkie narzędzia obróbcze do wykonywania długich profili w futrynie i skrzydle okiennym. Podczas gdy pozostałe narzędzia do nawiercenia, frezowania i piłowania znajdują się w ruchomej głowicy talerzowej.
Umocować - uwolnić - gotowe
Celem jest całkowita obróbka części składowych w czasie jednego ich zamocowania w zaciskach. Kantówka drewniana, oheblowana czterostronnie w automatycznej strugarce, zostaje umocowana w maszynie i po obróbce wyjmujemy z jej zacisków obrobiony wzdłużnie i na końcach gotowy profil okienny z wszystkimi nawierconymi i wyfrezowanymi już otworami. Odpadają wszystkie konieczne do tej pory transportu elementu w maszynie i pomiędzy maszynami. Tu element obrabiany leży nieruchomo, a stosowne narzędzia poruszają się, pracując nad jego kształtem i zachowując przy tym optymalne parametry skrawania. Precyzyjne wrzeciono frezarki firmy Fischer jest napędzane przez serwomotor prądu trójfazowego o mocy 12kW.
Można programować jego obroty bezstopniowo pomiędzy 1.500 a 18.000 obr./min. Prędkość posuwów centrum obróbczego w osiach x i y wynosi w szybkim trybie pracy do 80m/min., a w osi z - 40m/min.
Wybrano interfejs HSK 63 F, jako system sterowania narzędziami. Narzędzia do obróbki okien drewnianych i drewniano-aluminiowych pochodzą z firmy Leitz.
Kołki zamiast czopów
Zamiast stosowanego do tej pory podwójnego złącza czopowego wprowadzono dwucięte połączenie kołkowe. Jest ono wykonywane przez potrójny agregat kołkowy.
Otwory pod kołek mają wymiary 8 x 22 i wymagają kołków z litego drewna o wymiarach 8x40. Próby wytrzymałościowe na uniwersalnej maszynie badawczej firmy Zwick typ 1464 o klasie jakości 1 wykazały, że wytrzymałość na złamanie przy zginaniu dla narożników skrzydeł okiennych jest wyższa, niż w przypadku podwójnych złączy czopowych. Decydująca zaleta polega na tym, że elementy składowe są lakierowane oddzielnie, dzięki czemu szpary złączy nie zawierają powierzchni wrażliwych na warunki atmosferyczne. Nie chronione powierzchnie czołowe elementów, pozostające w połączeniach czopowych zawsze pod szkodliwym wpływem warunków pogodowych (szerokość szpary w takim złączu wynosi 0,15 - 0,25 mm) nie są narażone na szkody w przypadku całościowego lakierowania poszczególnych części przed złożeniem . dlatego system łączenia na kołki podwyższa wartość okien drewnianych w porównaniu z oknami z innych materiałów i minimalizuje reklamacje dotyczące jakości surowca i lakierowania.
Przebieg obróbki
Przebieg obróbki maszyną BIMA 610 przedstawia się następująco:
Odcinki kantówki (8sztuk) zostają ustawione przez bolce wzdłużne, a następnie uchwycone przez dwustopniowe zaciski i pozycjonowane na aluminiowych konsolach. Zderzakowe bolce wzdłużne po pozycjonowaniu elementów zostają automatycznie wycofane.
Umocowane części składowe o grubości 68 mm zostają przycięte do odpowiedniej długości.
Potrójny agregat wiertarkowy wykonuje żądane otwory w kierunku wzdłużnym i poprzecznym.
Profilowanie powierzchni czołowych wszystkich części.
Profilowanie wzdłużne: strona pierwsza.
Łapy zaciskowe zostają automatycznie przestawione. Wewnętrzne zaciski przejmują utrzymywanie części składowych okna, podczas gdy zaciski zewnętrzne powracają do swego położenia wyjściowego.
Profilowanie wzdłużne drugiej strony i koniec obróbki.
Po wykorzystaniu maszyny do szkolenia i demonstracji działania na przykładzie okien drewniano-aluminiowych , została ona przezbrojona na tryb obróbki płyt przez zdjęcie lub przesunięcie konsoli pozycjonujących i założenie dwustronnych przyssaw podciśnieniowych. W ciągu mniej niż 4 minut można było rozpocząć obróbkę płyty typu multiplex.
Nowe urządzenia i technologie w produkcji mebli z płyt wiórowych.
Wraz z rozwojem wolnego rynku coraz większy nacisk kładzie się na różnorodność i jakość produkowanych mebli. W krajach Europy Zachodniej odchodzi się coraz wyraźniej od produkcji masowej, skłaniając się w kierunku małych serii, czy wręcz produkcji mebli na pojedyncze zamówienie. Wykonywane są więc kompletne wyposażenia biur, hoteli, banków, aptek itp. Nawet całe wyposażenie w mieszkaniach prywatnych projektowane i wykonywane są coraz częściej indywidualnie, na życzenie klienta.
Tak dużą elastyczność przy zachowaniu wysokiej jakości i powtarzalności dać mogą tylko obrabiarki sterowane numerycznie. Jednym z wiodących producentów tego typu maszyn jest niemiecka firma IMA AG, której wyroby sprzedawane są w Polsce przez Müller Minden Poznań.
Na terenie Niemiec IMA zajmuje się kompleksowym wyposażeniem dużych zakładów meblarskich w kompletne, sterowane numerycznie, linie produkcyjne wraz z urządzeniami transportowymi, a w przypadku mniejszych firm, pojedyncze obrabiarki lub małe ich zespoły, dostosowanych do indywidualnych potrzeb klienta.
Najnowszym osiągnięciem firmy IMA w tej dziedzinie jest centrum obróbcze BIMA Quadroflex sterowane numerycznie w czterech osiach (X, Y, Z i nadzorowane mikroprocesorem obracanie adapterów i agregatów obróbczych w zakresie 0 - 360 stopni wokół głównego wrzeciona obrabiarki), które oprócz funkcji obróbczych spotykanych już w podobnych wyrobach innych firm, takich jak formatowanie proste i kształtowanie frezem palcowym lub piłkowym, wiercenie pionowe oraz poziome otworów montażowych, posiada także agregaty i adaptery, które umożliwiają między innymi :
wiercenie otworów pod dowolnymi kątami w kierunku osi Z,
frezowanie wpustów w wąskich płaszczyznach płytowych i kształtowych,
formatowe docinanie blatów postforming bez uszkodzenia laminatu oraz rzecz nie spotykaną praktycznie w innych centrach obróbczych,
okleinowanie wąskich powierzchni kształtowych doklejkami do 3 mm w zakresie 0 - 360°,
obróbkę tak oklejanych płyt, także przy doklejkach PCV do 3 mm.
Wszystkie te operacje obrabiarka ta może wykonywać w trakcie jednego zamocowania elementu.
Adaptery i agregaty narzędziowe, niezbędne do wykonania danego cyklu obróbczego, pobierane są z magazynku narzędziowego i mocowane na wrzecionie głównym, całkowicie automatycznie.
Tak szerokie możliwości tej obrabiarki, najlepiej mogą być wykorzystane w aranżacji wnętrz biurowych, lokali użyteczności publicznej, a także w produkcji mebli wysokiej jakości, na indywidualne zamówienia.
Obok tego typu zastosowań, obrabiarka ta może być wykorzystana także do produkcji schodów i drzwi. Odpowiednie oprogramowanie i wyposażenie dostarczane jest na życzenie klienta wraz z maszyną. W obrabiarce tej zwraca uwagę sterowanie, którego oprogramowanie, w wersji standardowej, umożliwia przenoszenie projektów mebli lub całych wnętrz wykonanych w programie CAD, do pamięci obrabiarki, tam rozbicie ich na operacje obróbcze i realizację. Możliwe jest także bezpośrednie sprzężenie z komputerem biura projektowego.
Firma IMA także szkolenia obsługi dla klientów, którzy zakupili już tego typu obrabiarkę, za pośrednictwem Müller Minden Poznań.
Od wielu lat dominującym materiałem w produkcji mebli są płytowe tworzywa drzewne, a więc przede wszystkim płyty wiórowe, pokryte różnego rodzaju laminatami. Meble wykonane z tego typu płyt mają najczęściej wąskie krawędzie, oklejone prostopadle do powierzchni płyty. Co nawet najlepiej zaprojektowanym i wykonanym zestawie wywołuje u klienta wrażenie monotonii.
Pewną odmianę wniosły płyty postformig, lecz są one przede wszystkim przeznaczone dla mebli kuchennych i to zasadniczo na ich płyty robocze. Podstawową wadą tego materiału jest cena i niemożliwe do pokonania, ze względów technologicznych, ograniczenie kształtu.
Jedynym realnym rozwiązaniem tego problemu wydaje się w tym wypadku technologia softformig.
Duże firmy meblowe już od dłuższego czasu w wykonanych przez siebie wyrobach stosowały tę technologię obróbki krawędzi płyt wiórowych, lecz cena takich okleiniarki czyniła ją nie osiągalną dla mniejszych producentów mebli.
Te czasy to już przeszłość. Produkowane dzisiaj przez firmę IMA okleiniarki tego typu są już osiągalne praktycznie bez większych problemów dla każdego liczącego się wytwórcy mebli. Dzięki postępowi w przemyśle klejowym i tworzyw sztucznych, także ceny odpowiednich klejów i obrzeży nie stanowią dziś już żadnej przeszkody.
Okleiniarka softformig daje do ręki projektantowi bardzo szerokie możliwości doboru profili doklejek. Wprowadzenie nie prostopadłych krawędzi płyt zmienia zupełnie wygląd każdego mebla, powiększają się także możliwości kolorystyczne. Obniża się także znacznie cena mebli kuchennych lub łazienkowych w wypadku zastosowania paneli drzwiowych, wykonanych tą techniką, gdyż materiałem wyjściowym jest powszechnie dostępna płyta wiórowa laminowana, a jedynym nakładem ze strony producenta, oprócz maszyny oczywiście, jest materiał obrzeża i fryz nakładający kształt krawędzi płyty. Możliwa jest imitacja doklejek profilowych, wykonanych wcześniej z listew drewnianych pod warunkiem zastosowania odpowiednio przygotowanych naturalnych obrzeży fornirowych.
Obrabiarki tego typu wykonuje wiele firm na świecie, lecz żadna nie doprowadziła swojego wyrobu do takiej doskonałości jak firma IMA, szczególny nacisk położono w nich na sterowanie i precyzję agregatów obróbczych. Maszyny te bowiem mogą istnieć także w wersji sterowanej numerycznie, tzn. nie posiadają one wówczas żadnych wyłączników krańcowych i przystosowane są do bezpośredniej współpracy z biurem technologicznym.
Obok okleiniarek typu softformig firma IMA produkuje oczywiście także profesjonalne, przemysłowe okleiniraki do prostych krawędzi, przystosowane także do pełnej obróbki obrzeży PCV lub ABS oraz doklejek z drewna litego.
Okleiniarki pochodzące z firmy IMA, sprzedawane są w Polsce przez Müller Minden Poznań.
4.1.2. WIELOSTRONNOŚĆ OBRÓBKI - OBRABIARKI NUMERYCZNE GRUPY SCM
Specjalnością włoskiej firmy Morbidelli , należącej do grupy SCM , będącej liderem w tworzeniu technologii produkcyjnych dla przemysłu meblowego jest projektowanie, planowanie oraz konstruowanie centrów obróbczych i linii technologicznych.
Doskonałym przykładem takiej specjalizacji firmy jest obrabiarka wielooperacyjna serii CNC znana już powszechnie pod nazwą AUTHOR. Została ona przedstawiona na ostatnich targach LINGA w Hanowerze. Szeroka gama modeli i wersji ze zróżnicowaną wydajnością i zakresem produkcji oraz rozmiarami , oferuje najlepszą sposobność spełnienia najróżniejszych wymagań stawianych przez producentów mebli. Ogromny zakres możliwości jest kluczową zaletą Serii AUTHOR. Jest on osiągany dzięki różnorodności modeli, łatwości obsługi, oraz możliwości dostosowywania wyposażenia dodatkowego obrabiarek w zależności od potrzeb zamawiającego. Dzięki temu można wykonać dowolnie oczekiwana czynność technologiczną przy równoczesnej maksymalnej szybkości.
AUTHOR 504 Kompakt - nieograniczone możliwości obrabiania elementów.
Bardziej metodyczne podejście przez różne firmy do problemu strategii marketingowych może przesądzać o sukcesie rynkowym produktu. Ciągła poprawa jakości wykonania i serwisu idąca w parze z nieustanną uwagą skierowaną na potrzeby i oczekiwania klientów są podstawowymi czynnikami, które pomogły w sukcesie wielu wiodącym firmom. Aby zdobyć i ugruntować swoją pozycję na rynku trzeba umieć redukować koszty własne przy równoczesnym ciągle podnoszonym standardzie jakości. Liczy się również umiejętność wyciągania wniosków z przeszłości. Aby uzyskać pierwszą pozycję na rynku producenci muszą wybrać najlepsze wyposażenie oferowane przez różnorodne firmy. Kryterium wyboru powinna stanowić zarówno jakość jak i bagaż doświadczeń poparty dobrze wyszkoloną kadrą konstruktorów i ludzi związanych z produkcją wyrobu finalnego. Kierując się wspomnianymi kategoriami firma produkująca meble, która chce się stać liczącym na rynku wytwórcą, może zaufać najnowszemu produktowi firmy Morbidelli - obrabiarce wielooperacyjnej AUTHOR 504 Kompakt. AUTHOR 504 jest wysoce wydajną i uniwersalną maszyną, dla producentów mebli. Pozwala on na spełnienie wymagań stawianych przez rynek, w szczególności umożliwia dostosowanie produkcji do różnorodnych trendów w tej branży. Dzięki umiejętności wykorzystania doświadczeń nabytych przy produkcji szerokiej gamy produktów Serii AUTHOR500, jej najnowszy model AUTHOR 504 przedstawia nowoczesną odpowiedź na rosnące potrzeby przemysłu meblowego. AUTHOR 504 Kompakt może być stosowany do wiercenia otworów i frezowania dużych elementów (do 2861 x 1280mm). Jest to maszyna kompaktowa. W wersji standardowej wyposażenia maszyna zaopatrzona jest w głowicę wiercącą z 18 pionowymi wrzecionami (możliwość rozbudowy do 27) i 6 wrzecionami wiercącymi w poziomie oraz piłę, która może być ustawiana w zakresie od 0 do 90 stopni. Zespół frezujący może być opcjonalnie wyposażony w 1 do 4 silników elektrycznych. Może również posiadać przystawkę do automatycznej zmiany narzędzi. Podstawa maszyny została tak zaprojektowana by usuwać wszelkie powstające odpady takie jak np. wióry. Dotyczy to jedynie tych odpadów, które nie zostały usunięte uprzednio przez wbudowany w głowicę system ciśnieniowego oczyszczania. AUTHOR 504 Kompakt pozwala wyeliminować stratę czasu poświęcanego na oczyszczanie maszyny z ubocznych produktów powstających w trakcie obróbki. System ten podnosi również poziom higieny otoczenia pracy operatora.
Seria RAPID Nowoczesne podejście do problemu automatycznej zmiany narzędzi.
Obrabiarki wielooperacyjne firmy Morbidelli obecnie oferują możliwość wymiany narzędzi automatycznie. Dzięki zmianie narzędzi bez konieczności przerywania pracy maszyny możliwe jest znaczące zwiększenie tempa produkcji. Oto najważniejsze zalety nowej wersji serii RAPID: brak konieczności wygospodarowania dodatkowego czasu na zmianę narzędzi, długość pola pracy w osi X do 3655 mm (dane dla AUTHOR 504 RAPID) oraz obróbka wielonarzędziowa paneli o długości ponad 4 m. narzędzia równocześnie dostępne do cięcia, obróbki kształtkowej i szlifowania.
Nowoczesność dla podniesienia uniwersalności i szybkości.
Obrabiarki wielooperacyjne CNC firmy Morbidelli posiadają opcjonalnie całkowicie nowy stół roboczy wyposażony w nowoczesne przyssawki. Stół ten pozwala radzić sobie z każdą czynnością związaną z obróbką bez potrzeby używania przyrządów mocujących przedmiot obrabiany i ustalających wzajemne położenie narzędzia i przedmiotu. Łatwe przygotowanie do pracy tego stołu jest dodatkowo wspomagane przez specjalne elementy umożliwiające operatorowi załadowywanie i rozładowanie dużych elementów poddawanych obróbce. System ten zapobiega niepotrzebnym przestojom produkcyjnym. Wprowadzając na rynek Serię RAPID w obrabiarki wielooperacyjne CNC, firma Morbidelli przedstawia producentom mebli możliwość szybkiego dostosowywania różnorodności produktów do potrzeb rynku. Sektor działalności gospodarczej jakim jest produkcja mebli wymaga niezwykłej łatwości przystosowywania się do czasowych i zmieniających się trendów. Stosowanie systemów firmy Morbidelli pozwala na taką szybką reakcję bez konieczności całkowitej zmiany procesu technologicznego.
Wielostronność i kompaktowa budowa
Wraz z maszyną „Record", SCM rozpoczął nową serię uniwersalnych centrów obróbczych CNC do frezowania, wiercenia, szlifowania i cięcia. Podstawowym walorem jest szybki posuw pracy wraz z kompaktową budową. Zalety te dają przede wszystkim krótki czas pracy i wysoką precyzję. „Record" jest seryjnie wyposażony w automatyczny magazynek narzędzi, w którym mogą być usytuowane głowice wiertarskie z niezależnymi wrzecionami, jak również duża ilość głowic do obróbki wraz z możliwością pracy kątowej. Do konfiguracji należą także tradycyjne przyssawki podciśnieniowe do mocowania materiału, sterowane automatycznie przez program. Seria maszyn „Record" wywodzi się ze struktur budowy ruchomej bramy maszyny (portalu) poruszającej się w osiach X, Y, Z oraz stałego stołu roboczego w dwóch wersjach maszyny (Record 100 lub 200). Record 100 posiada powierzchnię roboczą 2135 x 800 mm i w osiach X i Y oraz w osi Z 250 mm. Możliwość zmiany narzędzi w siedmiu pozycjach oraz głowicy wiertarskiej z pięcioma niezależnymi wrzecionami. Record 200 podobnie jak model 100 posiada stały stół roboczy, automatyczny magazynek narzędzi oraz wrzeciono o mocy lO kM. Model ten ma większe możliwości pracy 3200 x 1050 mm w osiach X i Y oraz w osi Z 300 mm, zmianę narzędzi w dziesięciu pozycjach oraz głowicę wiertarską z dziewięcioma niezależnymi wrzecionami, co daje możliwość większej mocy przerobowej.
CNC UNIWERSALNE CENTRUM OBRÓBCZE WIERTARKO - FREZARKI DLA MAŁEGO PRZEMYSŁU MEBLARSKIEGO
W ostatnich kilku latach nastąpił szczególny rozwój tego typu maszyn, które w dużym stopniu przeznaczone są do kompleksowego i oszczędnego, ale wielofunkcyjnego wykorzystania centrum obróbczego wyposażonego w główny komputer operacyjny.
Z drugiej jednak strony, równoległy wysiłek został skierowany na zaawansowany rozwój maszyn typu CNC punkt po punkcie jako specjalistyczne centrum obróbcze wiertarko-frezarki zaprojektowane dla wzmocnienia elastyczności i konkurencyjności małego zakładu przemysłu meblarskiego.
Najbardziej zawansowaną maszyną w tym zakresie jest UNITECH, uniwersalne centrum obróbcze wiertarsko-frezarskie CNC punkt po punkcie, przedstawiona przez firmę SCM - największą, światową grupę zrzeszającą producentów maszyn do obróbki drewna z wieloma strategicznymi i rozpowszechnionymi zakresami obróbki w sektorze płyt.
Inżynierowie firmy SCM zaprojektowali maszynę UNITECH, mając na celu wykonanie maszyny, która będzie obejmować swoją pracą następujące zakresy działań:
wykonanie w jednym pojedynczym cyklu wszystkich wierceń w systemie 32 mm oraz frezowania wpustów,
skrócenie czasu ustawiania maszyny,
uzyskanie najwyższego standardu dokładności,
używanie szczególnego, a zarazem wygodnego oprogramowania,
uzyskanie najwyższego bezpieczeństwa.
Rezultatem projektów firmy SCM było zaangażowanie swoich innowacji, które przyniosły możliwości wprowadzenia najbardziej niestandardowych części wyposażenia maszyny do obróbki drewna.
Maszyna UNITECH jako uniwersalne centrum obróbcze wiertarsko-frezarskie składa się z następujących głównych części:
wychylnego stołu roboczego, gdzie przedmiot obrabiany jest w pozycji poziomej,
poprzecznej obudowy centralnego miejsca stołu roboczego oraz obudowy ruchomej głowicy, która porusza się po osi Y,
gdzie kontrola położonych płyt jest na wysokości wzroku.
Ruchoma głowica tej maszyny jest pasowana z następującymi standardowymi głowicami wiertarskimi:
jednostka głowicy wiertarskiej wyposażona w 9 pionowych wrzecion rozmieszczonych w maszynie w osi X,
trzy pionowe niezależne wrzeciona posuwu wzdłużnego maszyny osi Y,
dwa podwójne poziome wrzeciona pasowane na cztery wiertła pracujące w osi X,
głowica z piłą położona na osi X.
UNITECH jako praktyczna, wydajna maszyna składa się z dwóch standardowych wymiennych głowic wiertarskich.
UNITECH jest maszyną, która nie pozwala marnować czasu, ustawiając zadania maszyny można skoordynować ją z operacjami innych maszyn. Każda zmiana wielkości płyt to bardzo prosta i szybka operacja.
Szczególnie wysoki standard dokładnego wykonania pracy jest oferowany właśnie za pomocą maszyny UNITECH z połączeniem strony płyt jej górną i dolną częścią. Mikroprocesor umożliwia ciągłą kontrolę parametrów A i B z perfekcyjnym rezultatem zestawienia połączeń kołkowych (dybli). W równym stopniu zmienny jest zapis poprzez UNITECH okres bezpieczeństwa pracy i ergonomicznych jego standardów. Jako stosunek bezpieczeństwa, kreślarz maszyny obiera drogę pracy, aby sprostać bezpieczeństwu pracy dla klientów.
Ergonomiczne nachylenie stołu roboczego to korzyść dla operatora, który nie musi się pochylać, aby załadować i rozładować płyty.
Na koniec, maszyna UNITECH jest wyposażona w system numerycznie sterowany najnowszej generacji, w szczegółowe przekładnie zębate dla uzyskania szybkości pracy i proste w samej obsłudze oprogramowanie.
ROUTECH wyznacza nowy cykl produkcyjny
Centrum obróbcze do produkcji drzwi firmy Routech (należącej do grupy SCM) na bazie CNC - sterowanych frezarek serii R300 są konstruowane dla możliwie szerokiego grona odbiorców. Wraz z optymalnym przelicznikiem Cena - Wydajność firma umożliwia automatyzację nie tylko dużym, ale średnim i małym zakładom w produkcji drzwi i ram (ościeżnic) z drewna.
Cały koncept produkcji bazuje na wielkoformatowych elementach do obróbki drewna. Możliwe są dwa warianty obróbki:
poprzez ruchomy portal (z osią X),
przez stały stół z zamocowanym elementem.
Obok możliwości połączenia w liniowy system pracy z automatycznym ładowaniem, mocowaniem i wyładowywaniem materiału. Routech R300 może również być stosowany do stacjonarnej obróbki z ładowaniem z jednej strony.
Do zautomatyzowanego przebiegu obróbki można wykorzystać przepływ surowego elementu, który zostaje podany z taśmy i pozycjonowany o szynę oporową, wtedy uchwyty precyzyjnie ułożone zaciskają się przy pomocy pneumatyki. Wszystkie oporowo - nastawne są opuszczane, a same zamocowania elementu do obróbki następuje poprzez podwójny element Vaccum (podciśnienie) tak aby szyna oporowa mogła swobodnie być usunięta lub wymieniona. Proces obróbki jest całkowicie sterowany przez CNC, obejmuje on wszystkie fazy począwszy od nadania odpowiedniego kształtu (gabarytów) przez formowanie, frezowanie rowków, otworów pod zamki, zawiasy, dodatkowe ornamenty itp.
Całkowitą obróbkę zabezpiecza systemowa budowa agregatów wraz z połączeniem magazynku na 10 narzędzi. Możliwość obróbki zarówno prawych jak i lewych drzwi umożliwia:
7,5 kW agregat frezujący z płynną regulacją obrotów do 18 000 obr./min. z możliwością obróbki wektorowej w systemie 3D,
kątowy agregat do wiercenia, frezowania i cięcia piłką,
dwa agregaty na prawo i lewo od głównego wrzeciona, każdy z dwoma uchwytami narzędziowymi i płynnie regulowanym kątem pochylenia do 180°.
Szczególna zaleta to możliwość zastosowania poniżej powierzchni obróbczej na pełnej szerokości taśmy (rolek) do automatycznego odtransportowania odpadów materiałowych (wiórów - materiału po wycięciu na szyby w płycie itd.).
Jako sterowanie CNC jest użyty sprawdzony system NUN 750 z wydajnym mikroprocesorem. Inne techniczne parametry maszyny:
zakres osi X - 2700 mm, Y - 1700 mm, Z - 250 mm,
bezszczotkowe silniki napędowe,
precyzyjne prowadzenie kulkowe na podwójnych tulejach,
pryzmatyczne prowadnice kulkowe do precyzyjnego prowadzenia portalu maszyny,
centralne smarowanie.
Do pracy w cyklu liniowym może być Routech połączony z taśmą odprowadzającą np.: prowadzeniem jednostronnie oporowym, aby umożliwić dokładne składowanie elementów. Tak przygotowane wyposażenie linii umożliwia cykliczną pracę w trakcie 4 - 5 minutowym przy drzwiach standartowych, co daje wydajność ok. 100 drzwi na zmianę.
Przy zastosowaniu dodatkowego wyposażenia zwiększa się spektrum produkcyjne. Obok drzwi wewnętrznych i zewnętrznych linii Routech można wykonywać wykończenie okien łukowych, ścianek działowych oraz elementów schodów itd.
ROUTECH R 300 PRT
Szybka i wydajna produkcja różnych typów drzwi, nawet w małych seriach i pojedynczych częściach
Potrzeba uniwersalności i indywidualności jest wymagana obecnie w każdym sektorze pracy; wyprodukowane drzwi muszą odpowiadać wymogom każdego, pojedynczego klienta i architekta, którzy określają styl mebla: zasięg modeli staje się coraz większy: zwiększa się liczba seryjnych produkcji, podczas gdy obniża się wielkość pojedynczych części. Jest to przechodzący, naturalny proces, każdy z nas chce mieć większy wybór własnych drzwi w swoim domu, tak jak robimy to w przypadku umeblowania naszego wnętrza mieszkania i wyborem naszych ubrań. Dla zwiększenia rozmaitości produkcji - z dostawą, która jest coraz szybsza i krótsza - elastyczność metod i środków produkcji, które są niezbędne i muszą mieć możliwość szybkiej wymiany wraz z trendami, które utrzymują się na rynku.
Maszyna R 300 PRT jest odpowiedzią, którą przyniósł Routech wraz ze swoją ofertą produkcji drzwi, jako najnowszy i wydajny proces tworzący drzwi, nawet w małych seriach i pojedynczych częściach. R 300 PRT jest specjalistyczną maszyną, zdolną wykończyć drzwi w pojedynczym przebiegu produkcyjnym, przez wszystkie niezbędne narzędzia, które nadają kształty prostokątne, strugają pionowo, ewentualnie tną oraz wykonują różne etapy pracy we wszystkich kierunkach, dzięki zamontowanym narzędziom.
R 300 PRT jest maszyną całkowicie zautomatyzowaną, scaloną (FMC) i elastyczną we wszystkich procesach, co dało połączenie procesów: wysokiej elastyczności z najwyższą produkcją i doskonałą precyzją jakości wykonywanych modeli.
Maszyna została zaprojektowana z uwzględnieniem kontynuacji obróbki wiórowej drzwi, różniącej się szerokością, długością, grubością, profilem i pomocniczymi akcesoriami. R 300 PRT jest odpowiednim urządzeniem do automatycznej wymiany narzędzi z 10 rezerwowych i automatycznym systemem przykryć w czasie załadunku drzwi przez maszynę, referencje ustawienia ich w szeregu, blokowanie na powierzchni roboczej oraz rozładowanie lub przeniesienie do dolnej linii opływowej roboczej.
Maszyna R 300 PRT jest również w całości skomputeryzowana z możliwością automatycznego systemu załadunku i rozładunku. Potężny i prosty w użyciu program komputerowy CAD/CAM jest dostępny dla uproszczenia procesu, zaczynając od projektowania produktu do kompletnego określenia jego parametrów programowych dla każdego typu drzwi.
Tym sposobem możemy określić specyficzny charakter drzwi dla każdego potencjalnego klienta. Który w krótkim czasie może je zobaczyć oraz w całości poznać maszynę ROUTECH R 300 PRT.
4.1.3. OPTYMALIZACJA OBRÓBKI - MASZYNY Z GRUPY BIESSE O WYSOCE ZAAWANSOWANEJ TECHNOLOGII
PROTEC - maszyny z grupy BIESSE o wysoce zaawansowanej technologii
Protec jest jednym z najmłodszych i zarazem najbardziej dynamicznych przedsiębiorstw działających w ramach koncernu Biesse. Został on założony z myślą o produkcji wysoce zaawansowanych technicznie i niezawodnych centrów obróbczych, sterowanych numerycznie.
Budowane one są na koncepcji struktury modułowej, która umożliwia taki dobór elementów wchodzących w skład maszyny, jaki jest najbardziej pożądany przez kupującego. Każda z produkowanych maszyn jest przeznaczona do obróbki drewna litego i materiałów drewnopochodnych (płyt wiórowych, MDF) oraz stopów nieżelaznych. Zastosowanie tych maszyn zapewnia niezawodność oraz wysoką jakość produkowanych elementów.
Od samego początku celem firmy Protec było stworzenie niezależnej struktury organizacyjnej, zapewniającej obsługę gwarancyjną i pogwarancyjną na wysokim, światowym poziomie. Firma uzyskuje doskonałe rezultaty rynkowe dzięki dobrze wyszkolonej i doświadczonej kadrze oraz możliwości korzystania z długoletnich doświadczeń koncernu Biesse. Dzięki zastosowaniu podzespołów elektronicznych i urządzeń elektrycznych oraz komponentów mechanicznych najwyższej jakości, Protec stał się światowym liderem w swojej dziedzinie.
Konstrukcja maszyn oparta jest na zasadzie budowy maszyn „bromowych”, czyli zamkniętego pierścienia pozwalającego na uzyskanie maksymalnej sztywności i stabilności z relatywnie dużym polem roboczym. Maszyny zostały tak zaprojektowane, by zapewnić użytkownikowi maksymalne bezpieczeństwo z uwzględnieniem rygorystycznych norm CE. Pod uwagę wzięto wzmocnienia stołów roboczych i boczne kolumny. Portal maszyny jest umieszczony na kolumnie, gdzie odbywają się ruchy X i Z. Osie Y i W zostały włączone w stół roboczy. Ruch łoża maszyny jest prowadzony po precyzyjnych, pryzmatycznych suwakach. Elementy nośne pokryte są specjalną powłoką ochronną. Dla osi X, Y i W zastosowano specjalny mechanizm poruszania i ruchomych prowadnic o szybkości liniowej do 60m/min. Podczas wykonywania szybkich i długich ruchów na osi X maszyna nie wykazuje żadnych wibracji. Wózek może być automatycznie odłączony od osi X w dowolnej pozycji. Ten system poprawia precyzję poprzez zmniejszenie wibracji do zera. Pozwala także utrzymać wysoka prędkość przemieszczania. Podobnie ma się rzecz z rozwiązaniem technologicznym wózka poruszającego się po osi Z, w którym zredukowano drgania i osiągnięto szybkość do 10m/min. Wózek tej osi posiada również hamulec pozwalający na jego unieruchomienie w przypadku jakichkolwiek problemów oraz wyposażony jest w dwa pneumatyczne tłoki. Wszystkie ruchome części posiadają automatyczne smarowanie za pomocą centralnego systemu z automatyczną regulacją ciśnienia i poziomu smaru w zasobniku. Środkowy wózek, który porusza się po dźwigarze o kształcie odwróconej litery L uzyskuje maksymalną sztywność. Umieszczono na nim system pneumatyczny, umożliwiający prostą interwencję ze strony obsługującego. Każda z maszyn może posiadać inne rozwiązanie konstrukcyjne: maszyna może być z pojedynczym lub z podwójnym stołem, w układzie dwóch stołów roboczych każda, sterowanym osiowo. Oba stoły mogą pracować w różnych trybach: tandemowo - załadunek i wyładunek elementów odbywa się na stole znajdującym się w spoczynku, podczas gdy drugi przemieszcza elementy do strefy obrabiania. Pozwala to na wyeliminowanie zbędnej straty czasu, zapewnia maksimum bezpieczeństwa dla operatora i pozwala obrabiać duże elementy dzięki opcji synchronicznego przesuwania obu stołów. Zaciskanie elementów na maszynie odbywa się dzięki zastosowaniu pomp podciśnieniowych o sile zależnej od wymiaru elementu i reduktorów w stole z systemem zaworów. W wersji standardowej instalowane są dwa typy pomp bezolejowych - 140-250 m3/h. Maszyny standardowo posiadają też dwa obszary ciśnieniowe sterowane cyfrowo. Ich ilość może być zmieniania do czterech na każdy stół. W każdym stole wbudowano dwa panele kontroli co umożliwia sterowanie ich pracą z dowolnej pozycji.
Elementy obrabiające maszyn są konfigurowane zgodnie z potrzebami poszczególnych kontrahentów. Są dwa typy standardów: głowice frezujące z elementem zmieniającym narzędzia równoległe, głowice frezujące umieszczone przed operatorem. W obu przypadkach głowice frezujące połączone są z elektrowrzecionem umieszczonym w specjalnej obudowie. Głowica wyposażona jest również w specjalny system oczyszczania, składający się z dwóch ssawek, które umieszczone są wokół głowicy a strumień odciągu jest odizolowany od silnika.
Głowica posiada również szczotkę do usuwania najdrobniejszych zanieczyszczeń pyłowych. Położenie jej (szczotki) jest zależne od długości elektrowrzeciona.
Głowice standardowo posiadają stały rozstaw osi umożliwiający łatwe określenie wartości tolerancji i pionu freza względem płaszczyzny pracy. Istnieje również możliwość manualnej zmiany rozstawu osi między głowicami. Magazynek automatycznego zmieniania narzędzi ma pojemność 12-24 narzędzi. Wymiana narzędzi, czyli wydobycie z magazynku i odłączenie narzędzia od głowicy zachodzą w tym samym czasie. Pozycja i rodzaje poszczególnych narzędzi dla danego cyklu technologicznego są zachowane w pamięci komputera. To rozwiązanie zostało nazwane „Random”. Średni czas potrzebny na wymianę narzędzi wynosi 3 sekundy.
Specjalny system pozwala na korygowanie wszelkich różnic powstałych na skutek zastosowania dla danego elementu różnych narzędzi w tym samym cyklu. Ilość głowic równoległych zmienia się od 2-9. Głowice zaopatrzone są w przycisk do półautomatycznego mocowania. Pozycja głowic pozwala na obrabianie w tym samym czasie wielu małych elementów w płaszczyźnie równoległej lub mniejszej ilości elementów o bardziej skomplikowanej strukturze, których obróbka wymaga zastosowania większej ilości narzędzi. Do głowic można również dodać system zmieniania narzędzi, w ustalonej pozycji, na stole roboczym. Głowice mogą pracować w trybie „floating” w odniesieniu do mechanicznego kopiowania wzorów całych grup elementów.
Protec tworzy elektrowrzeciona z precyzją i niezawodnością wymaganą dla tego typu urządzeń. Są one zbudowane ze stali co pozwala uniknąć zniekształceń pod wpływem temperatury powstającej w czasie ich wibracji. Aby uniknąć zanieczyszczenia wnętrza głowic, zastosowano system labiryntowy, oczyszczany ciśnieniowo. Specjalny system smarownic o przedłużonej żywotności zapewnia gwarancję smarowania bez ingerencji operatora. Standardowo moc elektrowrzecion wynosi 8,5 kW (~ 12 km)i osiąga od 7000-18000 obr/min. Uchwyt mocujący narzędzia we wrzecionie to standard ISO lub HSK. Istnieje możliwość wyposażenia maszyny w następujące elementy :
głowica wiertnicza - typ 321/R, zaopatrzona w 13 pionowych i 3 poziome wrzeciona;
uzupełniająca oś C, która umożliwia obracanie wrzeciona o kąt 360°;
kątowa głowica frezująco/wiercąca może mieć również opcję cięcia; całość zintegrowana jest przez sterowanie osiowe nadzorujące rotację o 360° wokół własnej osi; za pomocą funcji M istnieje możliwość sterowania pochyleniem wrzeciona względem stołu roboczego o 15°;
prędkość obrotowa grupy roboczej jest programowana w zakresie 100-18000 obr/min;
tylna oś odniesienia, może zostać łatwo ustalona za pomocą systemy sterowania cyfrowego na długości stołu z możliwością równoległego przesuwu względem osi Y; na osi są kątowe bloki pozwalające ustalić kąt przesuwu obrabianego elementu; bloki te są składane, co umożliwia używanie różnych punktów wyjściowych na tej samej osi.
System sterowania umieszczony jest w bezpiecznej odległości od maszyny. Centrala ta jest wodoszczelna i wyposażona w przemysłowy system klimatyzacyjny, gwarantujący stałą temperaturę wnętrza i odpowiednie ciśnienie co ma na celu uniemożliwienie przedostawania się kurzu. Panel kontroli cyfrowej wyposażony jest w 14” monitor kolorowy, przemysłową klawiaturę i konsolę z klawiszami funkcyjnymi.
Softwer Protecam jest prostym lecz doskonale działającym narzędziem środowiska CAD/CAM, zaprojektowanym w celu ułatwienia obróbki wszelkich elementów. Program ten umożliwia bieżącą kontrolę całego cyklu technologicznego za pośrednictwem PC, poczynając od zaprojektowania w CAD, poprzez automatyczne przetwarzanie w CAM, a kończąc na symulacji cyklu produkcyjnego z ewaluacją realnych kosztów produkcji. Zastosowany system ikon maksymalnie ułatwia obsługę i projektowanie. Oprogramowanie ma charakter modułowy, ułatwiający dobór najbardziej użytecznych elementów dla poszczególnych kontrahentów. Moduły o których mowa to: CAD/CAM, moduł skanera, moduł mocowania , moduł „wing”.
CAD jest narzędziem umożliwiającym wykonywanie projektów za pomocą gotowych ikon symbolizujących dany element.
Moduł skanera umożliwia skanowanie gotowych projektów z kalki technicznej, a następnie ich transformację w środowisku CAD/CAM.
Pozostałe moduły pozwalają na optymalizację obróbki i zminimalizowanie strat materiału.
Bezpieczeństwo
Maszyny wyposażone są zarówno w aktywne jak i pasywne systemy bezpieczeństwa. Systemy te powodują natychmiastowe wyłączenie maszyny w razie niebezpieczeństwa, które to wyłączenie może być dokonane z różnych miejsc za pomocą przycisku. Ponowne uruchomienie maszyny jest łatwe, lecz wymaga świadomego przeprogramowania. System bezpieczeństwa na bieżąco informuje operatora o wszelkich zaistniałych kłopotach.
ROVER 13 to typ maszyny, który jest najmniejszym centrum obróbczym sterowanym numerycznie w trzech osiach. ROVER 13 jest przydatny głównie dla tych rzemieślników w sektorze meblarskim, którzy używają ręcznych lub półautomatycznych wiertarek jedno- lub wielogłowicowych, które jednak mają zazwyczaj ograniczone pole wykorzystania. Charakteryzują się one dłuższym wyposażaniem i uzbrajaniem, a precyzja wykonania zależy od dokładności ustawienia i zdolności operatora.
Cechy praktyczne i wielofunkcyjność Rover'a 13 pozwala na jego wykorzystanie w dużych firmach do prac poza główną linią produkcyjną lub do produkcji prototypów. Dzięki możliwości pozycjonowania płyt do 1600 mm długości, ROVER 13 może wykonać bardzo szybko i bardzo precyzyjnie dowolne elementy, które mogą mieć nawet najtrudniejsze siatki nawierceń. Przy dłuższych płytach praca wykonywana jest w dwóch fazach z zawieszonym cyklem operacyjnym. Główne dane techniczne ROVER 13 to: 8 niezależnych pionowych wrzecion do wykonania pełnych schematów nawierceń przy jednorazowym pozycjonowaniu płyty, l piła do wykonywania rowków w osi X, 2 wrzecionowe zespoły do wierceń poziomych w 4 bokach, lustrzana obróbka płyt do pracy na prawej i lewej stronie przy jednym programie sterowania, typ NC 400 sterowania numerycznego do szybkiego i łatwego programowania, zawieszony cykl pracy z wykonaniem w dwóch cyklach płyt z wymiarami w osi X większymi niż 1600 mm, szybki ruch osiowy, 4 ślizgowe wsporniki płyt (pulpity) z mocowaniem pneumatycznym.
4.1.4. PIĄTA OŚ - CENTRA WEEKE DO OBRÓBKI SCHODÓW
CNC DO BUDOWY SCHODÓW
Firmy Homag i Weeke od 20 już lat budują centra obróbcze sterowane cyfrowo, ze wspomaganiem komputerowym. Właśnie na bazie tego typu urządzeń został rozwinięty w ostatnich latach cały system automatycznych centrów obróbczych. Obróbką 5-osiową firma Homag wkroczyła na nową drogę rozwoju. Zalety dotychczasowych rozwiązań zostały przy tym zachowane.
Użytkownik, bazując na standardowych 4-osiowych automatach firmy Homag, ma teraz możliwość uzyskać te same efekty, które do tej pory były możliwe do osiągnięcia jedynie na urządzeniach o 5 osiach obróbki. Zachowanie budowy modułowej pozwala przy tym na ponowne przezbrojenie obrabiarki. Wymienny zespół napędowy z uchylną osią może zostać wykorzystany podczas cięcia, frezowania, jak również wiercenia. Użytkownik otrzymuje dodatkowo nowe możliwości, jak np. wykonywanie mebli korpusowych, drzwi, konstrukcji tzw. ogrodów zimowych oraz schodów.
ZASADA PRACY
Podstawę centrum obróbki elementów schodów stanowi specjalny system o nazwie Genius B20, do wyboru - z wymienną doklejką albo bez niej.
Do dyspozycji użytkownika postawiony jest kompletny system techniki mocowania. Szczególne zastosowanie ma tu automatyczny stół konsolowy z niezależnymi pompami próżniowymi i konsolami niezbędnymi do optymalnego rozkroju materiału podczas wycinania stopni schodów. Dzięki specjalnemu systemowi pneumatycznych zacisków mocujących, możliwa jest również obróbka przestrzennych elementów, np. słupków (szczeblin). Precyzyjne mocowanie obrabianego elementu jest realizowane za pomocą techniki laserowej (laser typu Z). Centrum obróbcze BAZ wyposażone jest w napęd o mocy 12 kW oraz w ruchomy agregat tnący. Dzięki dwuwrzecionowemu napędowi przestoje centrum obróbczego są zredukowane do minimum.
WYKONANIE SPECJALNYCH ELEMENTÓW SCHODÓW
ŁUKI I KRZYWIZNY
Dzięki zastosowaniu wymiennego agregatu z odchyloną osią mającą własny napęd, możliwe są do wykonania skomplikowane profile na zakrzywionych elementach, jak również zakończenia poręczy. Dla schodów policzkowych zarówno ich skomplikowane kształty, jak również wpusty, wykonywane są za pomocą frezów trzpieniowych.
PORĘCZE
Poręcze i ich zakończenia wykonywane są za pomocą frezów kulistych. Proste odcinki poręczy są mocowane na płasko i frezowane za pomocą odpowiedniego frezu profilowego od góry i od dołu.
STOPNIE SCHODÓW
Centrum obróbcze pozwala na wykonanie wszystkich elementów, z których zbudowane są schody, a więc: schodów z okrągłym prześwitem między biegami, wszelkich krzywizn, schodów policzkowych wpuszczanych, schodów policzkowych nasadzanych i połączenia, schodów wpuszczonych w ścianę z nakładanymi w elementy podtrzymujące poręcz.
OPROGRAMOWANIE NADZORUJĄCE
Centrum obróbcze obsługiwane jest systemem „Homatic NC83”. Prowadzenie obróbki pięcioosiowej możliwe jest przy zastosowaniu pełnej funkcji 3-D-CNC-Kern wraz z funkcją Tool-Center-Point.
Geometria obrabianego elementu pokazywana jest na stole obróbczym za pomocą projekcji laserowej. Daje to podwójną korzyść: duże bezpieczeństwo podczas rozmieszczania przez operatora elementów mocujących i jednocześnie możliwość ułożenia elementów bez mechanicznych przekładni ustalających.
Program obsługi o nazwie WoodWOP 4.0 pozwala na zaprogramowanie wszystkich parametrów obróbki. Dodatkowo zaleca się również stosowanie innego oprogramowania. Przy programowaniu krzywizn schodów jest to konieczne. Urządzenia Homag pracują często na bazie całego branżowego oprogramowania. Ma to na celu automatyczne sterowanie procesem wykonania wszystkich elementów schodów. Na rynku praktycznie nie istnieje pełne oprogramowanie do wykonywania schodów na centrach obróbczych sterowanych cyfrowo.
TECHNOLOGIA
Dzięki zasadzie „wymiennej osi” możliwe jest ominięcie niedogodności pięcioosiowych centrów obróbczych. Chodzi tu mianowicie o duże koszty inwestycyjne, kosztowną konstrukcję maszyn i kosztowny układ sterowania, kosztowne oprogramowanie, małą dynamikę, uciążliwe przestoje w wyniku małej dynamiki i zbędnych ruchów osi podczas wymiany narzędzi roboczych.
Przy zastosowaniu wymiennego agregatu można szybko i w prosty sposób przezbroić centrum trzy- lub czteroosiowe w centrum o 5 osiach obróbczych.
UNI 5 CNC MAŁE CENTRUM OBRÓBCZE DO PRACY W PIĘCIU OSIACH
Propozycja skierowana do wszystkich producentów krzeseł, stołów i konstrukcji mebli wypoczynkowych z drewna litego skierowana od znanego producenta maszyn numerycznie sterowanych jaką jest włoska firma PADE pozwala na bardzo szerokie zastosowanie tej maszyny. Nie tylko producenci z wyżej wymienionych branży mogą być zadowoleni z użytkowania tej maszyny ale i wszyscy inni, którzy potrzebują maszyny bardzo uniwersalnej, lecz rozwiązującej wiele problemów związanych przede wszystkim z wykonywaniem specjalnych wierceń czy frezowań.
Koncepcją UNI 5 „CNC” jest głowica poruszająca się w pięciu osiach, gdzie narzędzie może osiągnąć każdy punkty i wykonać operację w obrabianym materiale np. otwory pod każdym kątem. W porównaniu do podobnych maszyn obrabiarka UNI 5 CNC posiada znaczące zalety np.: ilość wykonywanych wierceń oraz ich gęstość rozmieszczenia nie jest w żaden sposób ograniczona: w jednym zamocowaniu materiału mogą być wykonane wszystkie wiercenia, gdzie w podobnych przypadkach potrzebne były jeszcze inne maszyny i wielokroć powtarzanych operacji.
Dzięki elektronicznemu sterowaniu wszystkie operacje zmian oprzyrządowania zostały zredukowane do minimum. Programowanie także stanowi jeden z najprostszych punktów maszyny gdzie obrabiane elementy mogą być kopiowane według „tech-in-technik” co oznacza symetryczne i funkcjonalne prowadzenie. Według znanych tendencji ostatnich lat także w obróbce drewna litego kierunek produkcji zmierza do małych serii i zróżnicowanego stylu.
Zaangażowanie do produkcji maszyn CNC pozwala na znaczne obniżenie końcowych kosztów produktu nawet wykonywanego w małych seriach. Uniwersalna i szybka maszyna jaką jest UNI 5 CNC spełnia w pełni wszystkie te wymagania.
4.2. OBRÓBKA KRAWĘDZI PRZY ZASTOSOWANIU OBRABIAREK HOMAG
Sterowane numerycznie centra obróbcze wyposażone w odpowiednie podzespoły , są w stanie precyzyjnie wykańczać wąskie krawędzie.
Od około 10 lat możliwe jest wykańczanie wąskich krawędzi na obrabiarkach sterowanych numerycznie. Nastąpiła duża zmiana w stosowanych technologiach, mechanice i sterowaniu. Na początku podzespoły oklejające były stałą częścią maszyny. Materiał używany do oklejania krawędzi był już wstępnie pokryty klejem, a stosowane prędkości posuwu wahały się w zależności od rodzaju krawędzi, kleju i konturu elementu w granicach od 1 do 7m/minutę. Rynek wymagał jednak zastosowania wyższych prędkości obróbki, jej większej elastyczności i lepszej jakości oklejania, co doprowadziło do szybszego unowocześnienia maszyn. W opracowaniu nowych rozwiązań technologicznych, w których element oklejany jest nieruchomy, wykorzystano doświadczenia zdobyte na maszynach przelotowych. Od 1993 roku firma Homag (jako jedyna) oferuje podzespoły oklejające, które nanoszą klej na materiał naklejany na wąskie krawędzie. W ten sposób wyeliminowano konieczność wstępnego nanoszenia kleju na paski i uproszczono składowanie materiałów. Taka technologia gwarantuje również świeżość używanego w obróbce klej. Dwa lata później uczyniono następny krok w rozwoju omawianych maszyn. Zastosowano wymienny podzespół oklejający, który można zainstalować na głównym wrzecionie obrabiarki. Jest on sterowany poprzez interfejs, który dba o zapewnienie podzespołowi wszystkich niezbędnych do jego pracy mediów (elektryka/elektronika, pneumatyka). Obecnie Homag nie stosuje już innych rozwiązań. Taka technologia charakteryzuje się:
możliwością wymiany podzespołu (na przykład przy zastosowaniu większej ilości maszyn),
możliwością zastosowania w przyszłości innego podzespołu, np. do oklejania listew z litego drewna o grubości do 8 mm,
prostotą czyszczenia i konserwacji po zdjęciu podzespołu z wrzeciona.
Zastosowane rozwiązania zapewniają wykonanie wszystkich operacji technologicznych stosowanych w obróbce mebli lub części wyposażenia wnętrz. Należą do tego: ogrzewanie promieniowaniem, ogrzewanie klejów topliwych oraz oklejanie elementów dookoła. Części oklejające mogą być pobierane przez główne wrzeciono, albo z zewnętrznego magazynku. Dane technologiczne określane są na podstawie rodzaju materiału oklejającego, zastosowanego kleju, rodzaju płyty i rozwiązań konstrukcyjnych maszyny.
Materiał oklejający
W wyborze materiału do oklejenia wąskich krawędzi należy uwzględnić: wytrzymałość na zginanie, skurcz, kolor, powierzchnię zewnętrzną, przewodność cieplną, skład (np. udział substancji wypełniających), materiał bazowy, np. fornir lub PCV.
Kleje
Klej jest elementem łączącym płytę oklejaną z materiałem oklejającym. Kleje muszą posiadać:
dobrą zwilżalność naklejanego materiału,
dobrą przyczepność do płyty,
długą żywotność w przewodach systemu zasilającego,
dużą wytrzymałość początkową przy zastosowaniu różnych prędkości posuwu,
zdolność niezbyt intensywnego sieciowania.
Problemem centrów obróbczych są duże różnice w prędkościach posuwu podczas oklejania krawędzi o różnych kształtach. Wahają się one od 0,3 m/s dla ostrych łuków, a 20-30 m/s na prostych odcinkach. Dodatkowo podczas oklejania łuków występują w naklejanych paskach duże naprężenia , które musi wytrzymać spoina klejowa. Przełomowym momentem stało się w tej technologii opracowanie klejów topliwych bez wypełniacza. Naklejane z jego użyciem paski przylegają o wiele lepiej do krawędzi. Lepsza jest też ogólna wytrzymałość spoiny w porównaniu z innymi klejami bez wypełniacza. Obecnie używa się następujących klejów: EVA bez wypełniacza lub z małym jego dodatkiem, APAO z dodatkiem wypełniacza i PUR- bez wypełniacza. Dla każdego kleju określa się następujące parametry :
lepkość,
temperatura mięknienia substancji podstawowej,
czas otwarty i zamknięty,
recepturę przygotowania ( na przykład udział wypełniacza).
4.3. POMIARY PODCZAS OBRÓBKI
W przypadku frezarek sterowanych numerycznie nie wystarcza sama precyzja mechaniczna. Do wykonania szczególnie dokładnej obróbki części posiadających nieregularną geometrię na frezarkach sterowanych numerycznie (CNC), nie wystarczy już doskonały program. Należy również wziąć pod uwagę tolerancję i nieregularności komponentów lub materiałów przeznaczonych do obróbki. Pewną innowacją jest łatwy i ekonomiczny sposób polecany przez firmę Routech,- System „In Real Time”.
Frezarki sterowane numerycznie to maszyny bardzo precyzyjne, dla których tolerancje przesunięcia są tak dokładne, że nie odpowiadają produktom z drewna. W celu ich dokładnego zmierzenia zachodzi potrzeba zastosowania skomplikowanych urządzeń i wykwalifikowanego personelu.
Znamy wiele zastosowań frezarek CNC, dla których dokładność obróbki jest tak wysoka, że absolutna precyzja ustawienia osi ruchów przy uwzględnieniu danego programu nie jest już wystarczająca. Jednak dokładność ta, to bardzo ważny atut, ponieważ należy znać tolerancję obrabianego materiału. Dokładności tej nie można uzyskać bezpośrednio przez program obróbki, należy również uwzględnić cechy obrabianych przedmiotów.
W takich przypadkach konieczne są bezpośrednie i ciągłe pomiary powierzchni obrabianego przedmiotu, których dokonuje się podczas pracy części narzędzia.
Bezpośrednie pomiary obrabianego przedmiotu są bardzo ważne dla frezowania komponentów wykonanych z MDF (np.: drzwi kuchennych i frontów szuflad), ponieważ eliminują one nieregularności i zmienność grubości płyt, które powodują pogorszenia jakości gotowych produktów. Różnice grubości mogą wynosić w zależności od materiału +/ - 0,3 lub 0,4 mm w stosunku do pomiarów nominalnych.
Kopiowanie obrabianego przedmiotu jest równie ważne, gdy komponenty wychodzące z prasy muszą być frezowane lub należy wykonać obróbkę krawędzi. Kształt tych komponentów nie jest doskonały ze względu na różnice oporności i elastyczności materiałów oraz modyfikacje, które zachodzą podczas chłodzenia i stabilizacji. Problem ten ma szczególne znaczenie dla przedmiotów, które są gięte w prasie, dla których różnice wymiarów mogą osiągnąć rząd kilku milimetrów (np. gięte części krzeseł, foteli i innych mebli).
Pomiar przed obróbką
Ważne dane dla określenia parametrów procesu obróbki mogą być uzyskane przez pomiar geometrii i właściwości technicznych elementów przed produkcją lub wzięcie ich z poprzedniego procesu produkcyjnego. Wymiary łącznie z dopuszczalnymi odchyłkami winny być uwzględnione w nastawach obrabiarek.
Parametry związane z kinematyką procesów muszą być przewidywane przed każdą zapoczątkowywaną produkcją. Im większa wymagana precyzja wykonania tym większa winna być integracja parametrów wytwarzania przed produkcją. Należy brać pod uwagę zarówno obrabiarki jak i narzędzia.
Pomiar podczas procesu obróbki
Pomiar podczas procesów obróbczych jest najważniejszy z punktu widzenia optymalizacji procesu. Z wyników pomiaru kierunku: działania i wielkości sił, struktury geometrycznej powierzchni, geometrii wymiarów elementy, hałasu można wyciągnąć natychmiastowe wnioski dla kontroli produkcji. Pomierzone wymiary oraz siły działające są najprawdopodobniej najważniejszymi parametrami mówiącymi o jakości. Obecnie rozwój czujników pomiarowych jest b. szybki stąd można się spodziewać większej ilości elementów pomiarowych upewniających o procesie obróbczym bezpośrednio w czasie takiego procesu.
Pomiary po obróbce
Do tej pory najbardziej popularne są pomiary parametrów związanych z obróbką do procesów obróbczych na elementach obrobionych Metody te mogą być użyte bez względu na wpływy procesów obróbki z wykorzystaniem specjalnych technik pomiarowych. Odchylenia w wymiarach, kształcie, chropowatości i innych specyficznych dla powierzchni obrobionych właściwości odgrywają tutaj najważniejszą rolę. Pomiary po obróbcze winny być skorelowane z założonymi tolerancjami. Dają one szerokie informacje o prawidłowości procesu. Parametry geometryczne takie jak: długość, szerokość prostopadłość, równoległość mogą być mierzone podczas drogi obróbczej przez założenie kamer CCD, i użycie techniki filmowania. Technika ta może być stosowana przez system kontroli jak również może służyć do weryfikacji ustawienia maszyny. Jednocześnie te same dane mogą służyć do udokumentowania jakości produkcji. Rys pokazuje pomysł za pomocą którego mogą być mierzone wyniesione parametry na przesuwanej płycie.
Przez wyznaczenie punktów pomiaru nominalnej geometrii odchyłek ad geometrii założonej mogą być określone i skorygowane na wartości prawidłowe. Metody te są odpowiednie dla statystycznych procesów kontroli. Proces zintegrowany z obróbką i zorientowany z elementami pozwala na monitorowanie produkcji a w tym narzędzi i obrabiarek tak samo jak zintegrowane testowanie z procesem wytwórczym. Rozwój takich zorientowanych na maszyny procesów kontroli jest warunkiem wstępnym dla wytwarzania automatycznego bez błędów.
4.3.1. METODY BEZPOŚREDNICH POMIARÓW
A) System ciągłego kopiowania mechanicznego
Jest to prawdopodobnie najbardziej konwencjonalna i rozpowszechniona metoda. Jednostki obróbcze spoczywają całą lub częścią swej masy na obrabianym przedmiocie. Kontakt z powierzchnią odniesienia zachodzi dzięki pierścieniowi, znajdującemu się na tej samej osi co wrzeciono narzędzia, a jest on ustawiany do pomiaru wymaganej głębokości frezu.
Zalety :
„kopiowanie” odbywa się w czasie rzeczywistym bez dokonywania wstępnych pomiarów przedmiotu można je wykorzystać zarówno dla maszyn jedno, jak i wielogłowicowych
system ten może być również ogólnie zastosowany bez szczególnych trudności technicznych dla maszyn, które nie zostały w tym celu zaprojektowane; można to osiągnąć dzięki napędowi pneumatycznemu (włącz/wyłącz), w który jest zaopatrzona większość konwencjonalnych frezarek
koszt rozwiązania jest stosunkowo niski.
Wady :
trudno wykorzystać ten system w połączeniu z automatycznymi zmieniaczami narzędzi
występuje duży nacisk na powierzchnię kontaktową, (co najmniej kilka kg), ponieważ sztywność osiowa i stabilność jednostki obróbczej zależą bezpośrednio od tego kontaktu
duży nacisk na obrabiany przedmiot może nawet spowodować niewielkie jego zniekształcenia, jeśli jest on cienki i zamocowany w kilku miejscach (np. uchwyty próżniowe)
na powierzchni kontaktowej występuje duże tarcie w wyniku dużego nacisku; różnice tarcia spowodowane nierównościami powierzchni mogą negatywnie wpłynąć na jakość obróbki
występuje duże ryzyko zdarcia powierzchni w miejscu zetknięcia; jest to nie do przyjęcia dla produktów, które są wstępnie wykańczane do bezpośredniego lakierowania, wstępnie lakierowane lub delikatne
konieczna jest częstsza regulacja lub wymiana pierścienia kontaktowego, ze względu na zużycie spowodowane tarciem
głębokości freza nie można zmodyfikować przy użycie programu, zdzieranie jednostek kopiujących powoduje zmiany głębokości frezującego narzędzia.
B) Elektroniczny system pomiarowy metodą „punktową”
Maszyna posiada jeden lub więcej „czujników elektronicznych”, za pomocą, których program CN sprawdza pomiary rzeczywiste w punktach zaznaczonych na przedmiotach przeznaczonych do obróbki, następnie przesunięta oś do pozycji zgodnie z ustaleniami wstępnymi. Obszar kontrolowany można znacznie zmniejszyć, ponieważ sensor zwykle składa się jedynie z trzpienia z kulką w środku.
Zalety:
system ten jest całkowicie kompatybilny z automatycznym układem wymiany narzędzi; ponieważ nie zachodzi potrzeba zastosowania dodatkowych urządzeń na jednostkach obróbczych w pobliżu narzędzia, nie występuje tarcie i nie ma ryzyka zdarcia obrabianego przedmiotu
głębokość frezu przy uwzględnieniu pomiarów nie jest ustalona na stałe, lecz może różnić się w zależności od poleceń programu
pomiarów można dokonywać z dużą łatwością, nawet w miejscach trudno dostępnych.
Wady :
pomiar punktów zachodzi w czasie cyklu maszynowego, poprzedzającego cykl obróbki; stąd większa ilość punktów do sprawdzenia i dłuższy czas postoju maszyny
kopiowanie nie zachodzi w sposób „ciągły”; system ten jest dostosowany do wykonywania programów częściowych, lecz nie do dokładnego, ciągłego frezowania
trudno jest wykorzystać ten system dla maszyn z wieloma głowicami równoległymi, jeśli chcemy ustawić każdą głowicę na określony przedmiot.]
C) System zaawansowanych ciągłych pomiarów elektronicznych
Jest to bardziej zaawansowana wersja poprzedniego systemu. Różnica polega na możliwości dokonywaniu pomiaru w sposób ciągły, a nie jak w powyższym przypadku punktowo.
Zalety :
duża dokładność pomiaru linii przy małej powierzchni kontaktowej
możliwość pomiarów odległych od siebie punktów (np.: odległości między wieloma punktami przedmiotu)
system ten nadaje się do przedmiotów o skomplikowanych kształtach
system jest kompatybilny z automatycznym układem wymiany narzędzi.
Wady :
wymagany jest cykl pomiarowy, dlatego system ten nie można stosować do stosunkowo prostych komponentów, gdzie obróbka przebiega szybko
trudno wykorzystać ten system w maszynach wielogłowicowych dla przedmiotów, które nie są dokładnie takie same.
4.3.2. SAMOKONTROLA W „CZASIE RZECZYWISTYM” - ROUTECH
ROUTECH SYNCRON, przyszłość - samokontrola w „czasie rzeczywistym”
Syncron oferuje praktycznie wszystkie zalety poprzednich systemów oraz z łatwością radzi sobie ze wszystkimi problemami.
Składa on się z prostego urządzenia mechanicznego, które może być zastosowane bezpośrednio do jednej lub wszystkich jednostek obróbczych maszyny, których ruch w zależności od wrzeciona jest kontrolowany przez urządzenia kodujące.
Ustawiony w kontakcie z powierzchnią odniesienia Syncron przekazuje informacje w czasie rzeczywistym na CNC. Urządzenie to wykorzystuje te dane w bieżącym programie według instrukcji podanej wcześniej.
Zalety :
występuje minimalny nacisk na obrabiany przedmiot oraz duża sztywność osi wrzeciona
nie zachodzi zdzieranie, ani zniekształcenie powierzchni przedmiotu, system ten można również stosować dla delikatnych powierzchni
bardzo niskie tarcie nie powoduje zdzierania prowadnicy; jeśli zachodzi jakiekolwiek zdzieranie, może być ono bezpośrednio skompensowane przez program
ten system można użyć na różnych jednostkach obróbczych z lub bez automatycznego układu zmiany narzędzi
różnice nominalnej geometrii przedmiotów mogą być kontrolowane w sposób liniowy lub parametryczny, wykorzystując wszystkie możliwe pomiary, dostępne do wykonania na miernikach cyfrowych najnowszej generacji (np.: wykorzystanie jedynie różnicy wyższej niż 0,2 mm z pominięciem mniejszych różnic)
możliwość bezpośredniego pomiaru głębokości pracy frezu przez program, zarówno wartości absolutnej, jak i wartości w odniesieniu do powierzchni obrabianych przedmiotów; w ten sposób zostaje wyeliminowany żmudny proces ustawiania mechanicznego
system ten można uruchomić lub wyłączyć bezpośrednio za pomocą programu; dlatego można również mierzyć wstępnie ustawione części ścieżki, bez przerywania cyklu pracy maszyny.
Wady :
Syncron jest niewiele droższy do systemów konwencjonalnych
można go zainstalować jedynie na nowych maszynach firmy Routech.
Syncron jest dostępny dla wszystkich frezarek typu Routech. Zaprojektowany w celu polepszenia pracy centrum Protos, chluba firmy Routech w sferze produkcji części mebli (np.: drzwi kuchenne wykonane z MDF, przeznaczone do malowania lub do lakierowania), Syncron nadaje się obecnie do zamontowania na wielu frezarkach Routech, w tym R200, R300 I R500.
5. OPRZYRZĄDOWANIE OBRÓBKOWE OBRABIAREK CNC DO DREWNA
SYSTEMATYKA OPRZYRZĄDOWANIA
Przez pojęcie oprzyrządowania produkcji (lub produkcyjnego) rozumie się zespół środków technicznych, tzn. narzędzi, przyrządów, uchwytów, sprawdzianów, środków pomiarowych i innych pomocy warsztatowych, które stanowią wyposażenie maszyn i urządzeń konieczne do umożliwienia czy ułatwienia procesu wytwarzania.
Według PN-83/M-01250 definicje przyrządu i uchwytu są następujące:
„Przyrząd pomoc warsztatowa stanowiąc przedłużenie łańcucha kinematycznego maszyn i urządzeń technologicznych, przeznaczona do rozszerzania ich możliwości technologicznych przez realizowanie dodatkowych, potrzebnych przy obróbce ruchów w układzie przedmiot obrabiany - narzędzie”. Wynika stąd, że definicja ta dotyczy obróbki, można więc tutaj mówić o przyrządzie obróbkowym. Przyrząd montażowy ma według PN-89/M-08508 definicję prawie taką samą, jedynie wynika z niej, że nie dotyczy obróbki, tylko montażu.
„Uchwyt pomoc warsztatowa przeznaczona do ustalania i zamocowania przedmiotu pracy w celu wykonania operacji obróbki lub montażu”. Jeśli uchwyt dotyczy obróbki, można go nazywać obróbkowym, a jeśli montażu montażowym.
Zgodnie ze stosowaną w drzewnictwie terminologią, sprawdziany są zaliczane do oprzyrządowania sprawdzającego (np. STANISZEWSKI I KIEN 1986). We wspomnianej już wielokrotnie normie PN-83/M-01250, na której w tym skrypcie postanowiono się opierać, pojęcie „sprawdzian” nie występuje. Jest tam jedynie termin: „narzędzie pomiarowe: pomoc warsztatowa przeznaczona do sprawdzania i pomiarów”. Jednak ze względu na tradycję i powszechność występowania określenia „sprawdzian” będzie ono również używane tutaj. Chodzi, rzecz jasna, przede wszystkim o nieznormalizowane lub nietypowe narzędzia sprawdzające, stosowane do jednego, określonego asortymentu produkcji, projektowane i wykonywane we własnym zakresie w zakładzie przemysłu drzewnego. Takie narzędzia do sprawdzania nazywa się sprawdzianami specjalnymi.
Usytuowanie przyrządów, uchwytów i sprawdzianów specjalnych na tle ogólnej systematyki oprzyrządowania produkcji w zastosowaniu do drzewnictwa zilustrowano na rycinie 1. Uwypuklono na niej te rodzaje oprzyrządowania, które omówiono w skrypcie.
OPRZYRZĄDOWANIE OBRÓBKOWE
Przez oprzyrządowanie produkcyjne rozumie się wszelakie pomoce warsztatowe stosowane na różnych etapach wytwarzania wyrobów z drewna i tworzyw drzewnych. Dzieli się ono na trzy zasadnicze grupy: obróbkowe, montażowe i sprawdzające (kontrolne). Najbardziej istotne jest oprzyrządowanie obróbkowe stosowane podczas obróbki maszynowej. Oprzyrządowanie to może być typowe (standardowe), jak np. prowadnice, zespoły mocujące, przesuwne stoliki, trzpienie wymienne, uchwyty narzędziowe itp. i specjalne. Oprzyrządowanie obróbkowe (przyrządy i uchwyty) rozszerza możliwości technologiczne obrabiarki.
W obróbce metali oprzyrządowanie takie nazywa się przyrządem lub uchwytem, stolarze i rzemieślnicy zajmujący się obróbką drewna używają często takich określeń , jak „model” i „szablon”. W drzewnictwie wzorem przemysłu maszynowego przyjęto , że przyrząd jest to oprzyrządowanie ruchome ( mające np. wzornik) względem maszyny, natomiast uchwyt jest oprzyrządowaniem nieruchomym względem maszyny. W przemyśle maszynowym praktycznie wszystkie oprzyrządowania obróbkowe są uchwytami , w drzewnictwie , przy posuwie ręcznym - przyrządami. Jako przykłady uchwytów w przemyśle drzewnym można podać oprzyrządowanie wiertarek lub wiertarko-frezarek, a przede wszystkim obrabiarek sterowanych numerycznie (CNC), gdzie oprzyrządowanie jest zamocowane do stołu obrabiarki i wykonuje ruchy wraz z nim. Do zrealizowania obróbki maszynowej określonego przedmiotu niezbędne są, poza jakimś elementem wyjściowym (półfabrykat, materiał) jeszcze co najmniej dwa człony: obrabiarka i narzędzie. Jest to często niewystarczające, konieczne jest jeszcze oprzyrządowanie. Proces obróbki charakteryzuje łańcuch technologiczny O-P-N-U (obrabiarka-obrabiany przedmiot- narzędzie-uchwyt lub przyrząd). Każde ogniwo tego łańcucha , konieczne dla wykonania operacji, jest jednocześnie źródłem błędu. Całkowity błąd obróbki w postaci błędów kształtu i wymiarów obrabianego przedmiotu jest więc sumą błędów wszystkich składników wymienionego łańcucha. Jeśli jest on pełny (tzn. pracuje z oprzyrządowaniem -„U”, pozostałe składniki „O”, „P” i „N” - występują zawsze), prawdopodobieństwo większego błędu jest większe. Wypływa stąd wniosek, że oprzyrządowanie jest w pewnym sensie „złem koniecznym”. Jeśli się da pracować bez niego, to przeważnie jest lepiej. Wyeliminowanie albo- bardziej ściśle - ograniczenie stosowania oprzyrządowania jest jednym z celów stosowania obrabiarek sterowanych numerycznie (CNC).
Biorąc pod uwagę powyżej przytoczone przesłanki dotyczące jakości obróbki należy stwierdzić, że w wypadkach, kiedy oprzyrządowanie obróbkowe musi być stosowane dla umożliwienia powtarzalnego wykonania operacji lub ze względów bhp, powinno być ono wykonane w sposób przemyślany, tak by do maksimum ograniczyć powiększenie błędu obróbki.
W stosowaniu oprzyrządowania tkwią duże rezerwy prowadzącego do lepszego wykorzystania obrabiarek. Oprzyrządowanie obróbkowe jest uzupełnieniem obrabiarki koniecznym do wykonania określonej operacji technologicznej, w szczególności w sposób powtarzalny , co ma miejsce w produkcji seryjnej. Zadanie, jakie to oprzyrządowanie ma spełnić można sprowadzić do trzech następujących funkcji:
funkcja ustalenia - nadanie obrabianemu przedmiotowi określonego położenia, czyli ustalenie go w wymaganej pozycji,
funkcja mocowania - unieruchomienie ptu względem podstawy oprzyrządowania i zapewnienie mu niezmienności podczas obróbki,
funkcja prowadzenia lub wzornika - nadanie obrabianemu przedmiotowi kolejnych położeń (względem obrabiarki i narzędzia) podczas obróbki.
Dwie pierwsze funkcje (ustalenie i zamocowanie) występują praktycznie w każdym oprzyrządowaniu. Trzecia funkcja to funkcja wzornika, polegająca na obróbce kopiującej, prowadzonej głównie na frezarkach. Wtedy oprzyrządowanie wraz z zamocowanym na nim obrabianym przedmiotem jest prowadzone po określonej drodze według elementu kopiującego (rolki, łożyska, kołka itp.) obrabiarki. Rzadziej (np. w tokarkach) funkcja ta dotyczy prowadzenia narzędzia wg wzornika po określonej drodze.
W stosowaniu do trzech wymienionych powyżej głównych funkcji oprzyrządowania wyróżnia się jego trzy podstawowe elementy składowe. Są to elementy ustalające, elementy mocujące i elementy prowadzące.
Oprócz tych części podstawowych mogą występować jeszcze elementy obsługi (rękojeści, uchwyty itp.) oraz elementy podziałowe. Poniżej omówimy syntetycznie podstawowe części składowe oprzyrządowania.
5.1. PNEUMATYCZNE ELEMENTY MOCUJACE
Pneumatyczne elementy mocujące można podzielić na dwie grupy: podciśnieniowe i nadciśnieniowe. W oprzyrządowaniach w drzewnictwie częściej występuje mocowanie podciśnieniowe. Jest ono bardzo przydatne do mocowania przedmiotów o małej grubości i do elementów obrabianych na całym obwodzie. Sytuacje, w których jest konieczny nieprzerwany dostęp narzędzia do obrabianego przedmiotu na całym jego obwodzie (np. frezowanie zewnętrzne lub wewnętrzne „w koło”) są obecnie bardzo częste w produkcji elementów meblarskich. Jeśli taki element nie ma typu ramy , (tzn. chcąc frezować jego obrys zewnętrzny można mocowanie zrealizować od wewnątrz), to dla zachowania warunku ciągłej obróbki w jednym zamocowaniu, który jest konieczny dla zachowania dokładności , jedynym sposobem jest mocowanie podciśnieniowe. Konstrukcja podciśnieniowych elementów mocujących jest jednak dość skomplikowana i pracochłonna. Z tych względów ten sposób mocowania występuje w oprzyrządowaniach rzadko, zwłaszcza w rzemiośle i małych zakładach. Podciśnieniowe elementy mocujące są podstawowym zespołem charakterystycznym dla frezarek i centrów obróbkowych CNC.
Mocowanie nadciśnieniowe (siłowniki pneumatyczne), mimo że często korzystne , w oprzyrządowaniu obróbkowym występuje rzadko, zwłaszcza w przyrządach, które są ruchome. Ten sposób mocowania jest stosowany w formie standardowych , fabrycznych docisków, w które są wyposażone niektóre obrabiarki, jak np. wiertarko-frezarki, wiertarki wielowrzecionowe, kopiarki jednostronne i inne. Elementy prowadzące mają za zadanie nadanie kolejnych określonych położeń obrabianemu przedmiotowi lub - rzadziej - narzędziu. Elementy te najczęściej występują w oprzyrządowaniu frezarek dolno i górnowrzecionowych.
Jak już zaznaczono, założeniem stosowania obrabiarek sterowanych numerycznie (chodzi głównie o frezarki i centra obróbkowe CNC) jest wyeliminowanie lub przynajmniej znaczne ograniczenie oprzyrządowania obróbkowego.
W praktyce jednak nie zawsze się to udaje, z dwóch wzgledów:
kształt obrabianych przedmiotów lub mała ich dolna powierzchnia nie pozwalają na bezpośrednie ich mocowanie na elementach podciśnieniowych (są tu dwa zasadnicze rodzaje: segmenty podciśnieniowe lub stół siatkowy),
obróbka odbywa się na całej wysokości obrabianego przedmiotu i frez musi mieć zapewnione tzw. „wyjście” i bez elementu pośredniego (tzw. „płyty pośredniej”) uszkodziłby segment podciśnieniowy lub stół obrabiarki.
W obu wymienionych wypadkach trzeba położyć obrabiany przedmiot na jakiejś płycie, ustalić go na niej i zamocować. Są to więc dwie podstawowe funkcje oprzyrządowania.
Ustalenie i zamocowanie obrabianego przedmiotu jest takie samo, jak w wypadku oprzyrządowania „klasycznego”, niepotrzebna jest tylko funkcja wzornika, bo to wykonuje program maszyny. Takie oprzyrządowanie, aczkolwiek prostsze niż dla obrabiarki „klasycznej” należy wykonać we własnym zakresie. Oprzyrządowanie takie dla obrabiarek CNC ma zastosowanie, gdy obrabiany przedmiot (np. zespół boczny krzesła) ma bardzo wąską powierzchnię dolną, uniemożliwiają bezpośrednie mocowanie na elementach podciśnieniowych obrabiarki CNC. Wtedy można zastosować oprzyrządowanie w postaci uchwytu z nadciśnieniowymi elementami mocującymi w formie siłowników (cylindrów) pneumatycznych.
Uchwyt jest mocowany do stołu obrabiarki podciśnieniowo. Można też zastosować inny uchwyt, mocowany tak samo do stołu obrabiarki CNC, w którym mocowanie obrabianego przedmiotu jest również podciśnieniowe, przy czym wykorzystuje się tu dodatkowe podłączenie podciśnieniowe obrabiarki. Ten „podwójny” układ instalacji podciśnieniowej jest charakterystyczną cechą obrabiarek CNC.
5.2. ELEMENTY USTALAJĄCE
Elementy ustalające nadają obrabianemu przedmiotowi ściśle określone położenie, od ich usytuowania zależy efekt obróbki i jej dokładność. Z elementami ustalającymi stykają się powierzchnie (rzadziej linie) obrabianych przedmiotów, które nazywamy powierzchniami bazowymi lub krócej - bazami. Względem nich jest położenie innych obrabianych powierzchni. W produkcji seryjnej dla wyeliminowania braków obowiązuje zasada, by dla kilku operacji w jednym przedmiocie, baza była zawsze ta sama. Wiąże się z tym zalecenie, by operacje te odbywały się możliwie w jednym zamocowaniu przedmiotu, by go nie przemieszczać dla wykonania innej operacji. Zasada ta jest obecnie szczególnie aktualna w coraz częściej występujących w naszym przemyśle, również drobnym, centrach obróbkowych CNC (np. włoskie maszyny BIESSE - Rover czy SCM). Elementem ustalającym jest również podstawa (najczęściej w postaci płyty) stanowiąca zasadniczy korpus oprzyrządowania, do którego mocuje się jego pozostałe elementy. Wykonuje się ją z klejonego drewna litego, sklejki lub tworzywa sztucznego typu rezotext czy rezokart. Podstawa pozycjonuje przedmiot w kierunku pionowym. W kierunkach poziomych przedmiot ustalany jest przez elementy wykonane zwykle w formie klocków lub listew z drewna litego, rzadziej z kątownika stalowego lub aluminiowego. Powinny być one przymocowane do podstawy śrubami z nakrętkami, z możliwością regulacji. Wkręty do drewna nie są tu wskazane, gdyż nie gwarantują stabilnego i niezmiennego położenia elementu, a regulacja ich położenia (co jest często konieczne np. w wypadku zużycia czy „rozregulowania” się oprzyrządowania lub potrzebnych korekt na początku jego użytkowania) jest praktycznie wykluczona. Przykłady elementów ustalających zamieszczono na rys. 2. W celu lepszego dolegania bazy przedmiotu (5) do elementu ustalającego w dolnej części klocka (rys.2b) jest wykonane skośne ścięcie (6). W wypadku kątownika (rys.2a), rolę tego ścięcia spełnia listwa (8) zamocowana do kątownika wkrętami (8). Istotne są również ścięcia (9) i (10) ułatwiające umieszczanie obrabianego przedmiotu (5) w oprzyrządowaniu.
Ważna jest liczba elementów ustalających. Częstym błędem jest ich nadmiar. Takie rozwiązanie, nazywane przestaleniem ilustruje rys.3, gdzie przedstawiono trzy elementy ustalające: (1), (2) i (3), pomiędzy którymi umieszczony jest obrabiany przedmiot (4), w którym będzie frezowane gniazdo (5). Przez to, że elementów ustalających jest za dużo, nie jest uwzględniona tolerancja Tw wymiaru „W” obrabianego przedmiotu (4) określona przez odchyłki: górną (es) i dolną (ei). Wymiar ten, zwłaszcza w produkcji seryjnej, będzie zawsze obarczony pewnym błędem. Obrabiane przedmioty, podczas wkładania do oprzyrządowania mieszczą się pomiędzy elementami ustalającymi (1) i (3), i albo będą one dosuwane do elementów ustalających różnymi bazami z pewnym luzem, („A” lub „B” - rys.3), albo w ogóle nie da się ich umieścić pomiędzy tymi elementami. Jeszcze gorzej jest wtedy, co się niestety w praktyce też spotyka, gdy są cztery elementy ustalające. Obrabiany przedmiot jest nimi „obłożony” w koło.
Rozwiązania poprawne przedstawione są na rys.4 ilustrującym schematycznie dwa oprzyrządowania do frezowania gniazda (rys.4a) i rowka (rys.4b) na frezarce górnowrzecionowej. W wypadku obróbki dwukierunkowej (rys.4a) lepiej jest, gdy obok dwóch elementów ustalających (2) i (3) oraz głównego elementu mocującego (5) jest jeszcze pomocniczy, sprężysty docisk, który zabezpiecza przed ewentualnym odsunięciem się obrabianego przedmiotu (4) do elementu ustalającego (5) podczas mocowania. W sytuacji przedstawionej na rys.4b takie niebezpieczeństwo nie istnieje, gdyż posuw jest jednokierunkowy i wspomaga zamocowanie, nie pozwalając na odsunięcie się obrabianego przedmiotu do elementu ustalającego. Oprzyrządowanie może więc tutaj (rys.4b) mieć mniej elementów składowych.
W konstrukcji elementów ustalających ważne jest również przestrzeganie tzw. „zasady wolnego narożnika”. Chodzi o ty, by naroża obrabianych przedmiotów miały zawsze wolną przestrzeń, wtedy ustalenie jest dokładniejsze i jest miejsce dla pomieszczenia ewentualnych zanieczyszczeń, wiórów itp. Które mogłyby spowodować niedokładne doleganie przedmiotu do elementu ustalającego.
Różne rozwiązania tej kwestii zilustrowano na rys.5. Rys.5a przedstawia konstrukcję błędną. Do podstawy (2) zamocowany jest jeden dwuczęściowy element ustalający (5). Nie ma „wolnego narożnika” do pomieszczenia naroża obrabianego przedmiotu (1). Przedmiot ten jest mocowany dociskami: głównym (3) i pomocniczym (4). Na rys.5b pokazano podobny dwuczęściowy element ustalający (6), ale ma on ukształtowany „wolny narożnik”, jednak regulacja położenia dwóch powierzchni ustalających nie jest korzystna, gdyż należą one do jednego elementu. Zmiana położenia jednej pociąga za sobą inne położenie drugiej. Najlepsze rozwiązanie jest na rys.5c, gdzie są zastosowane jednakowe, oddzielne elementy ustalające (7) i (8). Są one nie zależne od siebie i można, w razie potrzeby, łatwo korygować ich położenie, zmiana położenia jednej powierzchni ustalającej nie ma wpływu na położenie drugiej.
Elementy mocujące
Elementy mocujące powinny spełniać następujące podstawowe wymagania:
Siły zamocowania powinny być dostatecznie duże, by podczas obróbki przedmiot nie zmieniał położenia i nie podlegał niekorzystnym drganiom, a jednocześnie siły te nie powinny powodować odkształceń mocowanych przedmiotów.
Mocowanie powinno znajdować się możliwie blisko strefy obróbki.
Zamocowanie powinno być samohamowane, tzn. elementy mocujące pod wpływem drgań lub innych czynników nie powinny się luzować i zmniejszać siły zamocowania podczas obróbki.
Zamocowanie i odmocowanie obrabianego przedmiotu powinno być łatwe oraz szybkie.
Elementy mocujące powinny być proste do wykonania w przeciętnych warunkach warsztatowych.
Ze względu na zasadę działania w oprzyrządowaniach do obróbki drewna elementy mocujące, zwane również dociskami lub mocowaniem, można podzielić na następujące grupy:
mimośrodowe,
dźwigniowe,
śrubowe,
- podciśnieniowe,
- nadciśnieniowe.
Można przyjąć, że podana powyżej kolejność odpowiada częstości występowania w drzewnictwie, chociaż każdy z wymienionych rodzajów ma swoje wady i zalety. Na wybór jednego z nich mają wpływ: kształt i wymiary obrabianego przedmiotu, konieczność szybkiego mocowania (proporcja między czasem mocowania a czasem obróbki), wartość siły potrzebnej do mocowania, liczba obrabianych jednocześnie przedmiotów, warsztatowe możliwości wykonawstwa. W dalszych częściach omówimy poszczególne grupy elementów mocujących.
5.3. PRZYRZĄDY I UCHWYTY OBRÓBKOWE
Przyrządy i uchwyty obróbkowe, objęte również szerszym pojęciem oprzyrządowania (utożsamianego z tzw. pomocami warsztatowymi) stanowią ostatnie ogniwo znanego łańcucha kinematycznego 0-P-N-U (obrabiarka -obrabiany przedmiot, narzędzie, urządzenie pomocnicze). Każde z tych ogniw ma wpływ na dokładność obróbki i, oczywiście, im tych ogniw jest mniej, tym dla tej dokładności lepiej. Nasuwa się tu prosty wniosek, że jak tylko to jest możliwe to należy dążyć do wyeliminowania oprzyrządowania. Taki jest też cel stosowania nowoczesnych, sterowanych numerycznie obrabiarek. Rzeczywistość przedstawia się jednak inaczej, z dwóch zasadniczych powodów:
po pierwsze: obecnie można spotkać, nawet w obrębie jednego zakładu wytwórczego różne generacje obrabiarek, zastosowanie każdej z tych generacji ma swoje uzasadnienie techniczno - ekonomiczne,
po drugie: w określonych warunkach, nawet dla obrabiarek CNC konieczne jest wykonanie przyrządu [3].
Dla przedmiotów o skomplikowanych kształtach, zwłaszcza w meblarstwie, większość problemów związanych z ich obróbką dotyczy frezowania na frezarkach zwanych umownie dolno- lub górnowrzecionowymi. Przyrządy i uchwyty (oprzyrządowanie) stosowane na klasycznych obrabiarkach z posuwem ręcznym jest ogólnie znane i nie wymaga omawiania. W przemyśle meblarskim można spotkać obecnie, obok zwykłych górnowrzecionowych frezarek z posuwem ręcznym i frezarek CNC również frezarki ze zmechanizowanym posuwem (przeważnie SCM). Frezarki te wymagają stosowania specjalistycznych, wykonywanych we własnym zakresie przyrządów z mocowaniem podciśnieniowym. Przyrząd taki schematycznie przedstawiono na rys. 34. Mocowanie podciśnieniowe jest również charakterystyczne dla frezarek CNC i centrów obróbkowych. Można tu spotkać różne rozwiązania, które albo sprowadzają się do wymiennych segmentów podciśnieniowych o różnych kształtach (rys. 35) albo do tzw. stołów „siatkowych” (rys. 36).
Jeśli obrabiane przedmioty mają dolną powierzchnię płaską i dostatecznie dużą, mocuje się je bezpośrednio na elementach ssawnych z wykorzystaniem zainstalowanych przeważnie na obrabiarkach CNC elementów pozycjonujących (ustalających). Dużo przedmiotów odpowiada tym warunkom i wtedy oprzyrządowanie specjalne nie jest potrzebne. Jednak w przypadku obrabianych przedmiotów o specyficznym kształcie (np. wąskich, wydłużonych, niepłaskich itp.) trzeba wykonać przyrząd z dodatkowymi elementarni mocującymi mechanicznymi lub pneumatycznymi ciśnieniowymi albo podciśnieniowymi. Przyrządy takie ilustruje rys. 37, gdzie rys. 37 b przedstawia przyrząd w postaci tzw. płyty pośredniej mocowanej podciśnieniowe. Obrabiane przedmioty na tej płycie też są mocowane podciśnieniowo z wykorzystaniem pomocniczej podciśnieniowej instalacji frezarki. W obydwu przypadkach (rys. 37a i b) mamy do czynienia z oprzyrządowaniem obrabiarki sterowanej numerycznie przy czym przyrząd jest w porównaniu z wydaniem „klasycznym” prostszy gdyż nie ma wzornika, funkcję tę spełnia program maszyny. Interesujące rozwiązanie proponuje firma SCM, gdzie przyrząd (jeśli jest konieczny) mocowany jest do stołu frezarki drążonymi śrubami , które połączone są z inastalacją podciśnieniową frezarki i spełniają rolę dysz mocujących podciśnieniowo obrabiany przedmiot. Przyrząd taki zwany płytą pośrednią jest konieczny w przypadkach, kiedy frezowanie odbywa się na całej grubości (na „wylot”) obrabianego przedmiotu i w mocowania bezpośredniego frez uszkodziłby podciśnieniowy element mocujący lub stół „siatkowy”. Stoły takie nie mają często elementów ustalających - wtedy dla jednoznacznego ustalania obrabianych przedmiotów konieczne jest również wykonanie przyrządu, który musi mieć jakieś elementy mocujące.
5.4. SYSTEMY MOCOWANIA
System mocowania obrabianych elementów ma wpływ na opłacalność eksploatacji obrabiarek. Poniżej przedstawiamy kilka rozwiązań.
Technika mocowania obrabianych przedmiotów jest decydującym ogniwem łączącym maszynę z przedmiotem obróbki. W przypadku centrów obróbczych sterowanych numerycznie (CNC) decyduje ona nie tylko o stopniu wykorzystania maszyn, ale również o kosztach jednostkowych i produkcyjnych. Na kalkulację mają tu wpływ nie tylko koszty zakupu obrabiarki. Ważne są bieżące wydatki ponoszone na przystosowanie maszyny do obróbki kolejnych przedmiotów. Im mniej przyrządów obróbkowych i szablonów potrzeba oraz im mniejszy nakład pracy wymagany jest do przezbrojenia maszyny, tym niższe są koszty jednostkowe produkcji.
Stabilność uchwytu, jego optymalne ustawienie i niezawodność działania odrywające istotną rolę technice zamocowań. Niezależnie od stosowanych elementów mocujących oraz konstrukcji stołu do mocowania obrabianych przedmiotów wykorzystywana jest próżnia. W przypadku mniejszych przedmiotów i części z litego drewna stosowane są również zaciski uruchamiane pneumatycznie. Rodzaj stołów roboczych, konsoli do mocowania i modułów ssących, zależą od rodzaju obrabianych przedmiotów. W tej kwestii występują wyraźne różnice zdań między producentami maszyn, którzy dążą do zapewnienia sobie przewagi nad konkurencją przy pomocy wyszukanych technik zamocowań.
W ramach naszej ankiety przeprowadzonej pośród oferentów wielooperacyjnych obrabiarek sterowanych komputerowo oraz producentów systemów zamocowań wiele przedsiębiorstw miało okazję przedstawić swoje rozwiązania techniczne i ich możliwości.
5.4.1. SYSTEM ZESPOŁOWY
Firma Homag oferuje w ramach systemu zespołowego trzy podstawowe rozwiązania:
Stół konsolowy z bezprzewodowymi modułami próżniowymi,
Gładki stół do mocowania obrabianych przedmiotów,
Graficzny system programowania z ustawieniem elementów mocujących.
Stół konsolowy z prowadzeniem liniowym i systemem zacisków umożliwia szybkie ustawienie konsoli i modułów ssących w osiach X i Y. Bezprzewodowe uzyskanie próżni zapewnia szczelność układu i sterowność modułów ssących. Standardowa wysokość montażu przyrządów wynosi 100 milimetrów, co umożliwia bezkolizyjną obróbkę. System można uzupełniać dodatkowymi modułami ssącymi i przyrządami specjalnymi. Przez zastosowanie szablonów podciśnieniowych i podwójnych modułów ssących oraz mechanicznych elementów mocujących można dostosować maszynę do indywidualnych wymagań.
Do ustawiania systemów zamocowań we właściwym położeniu stosowane są zarówno konwencjonalne metody, np. liniały, lasery punktowe (krzyż nitkowy) oraz projekcja laserowa, jak i układy automatycznego ustawiania konsoli i modułów ssących przy pomocy chwytaków. Agregat chwytakowy może być kierowany z magazynu do wrzeciona głównego lub mieć stałą pozycję na zespole posuwowym. Wobec tradycyjnych metod mocowania i przezbrajania system ten dysponuje kilkoma zaletami. Należy do nich między innymi ustawianie modułów ssących pod kątem stosowanych narzędzi, niezależnie od głębokości obróbki, a także zintegrowana ochrona przed uszkodzeniami modułów ssących i maszyny przez szczątkowe fragmenty obrabianego materiału. Specjalnie pod kątem produkcji na zamówienie można skorzystać z całkowicie zautomatyzowanego systemu ustawiania modułów ssących przy pomocy tzw. osi Servo-CAN. W tym systemie mocowania obrabianych przedmiotów sterowanie poszczególnymi osiami odbywa się we współdziałaniu z systemem szyn „CAN-open”, który ustawia konsole i moduły ssące we właściwym położeniu całkowicie niezależnie i w pełni automatycznie. W przypadku gładkiego stołu do mocowania, w odróżnieniu od stołu konsolowego, ustawianie modułów próżniowych i elementów mocujących możliwe jest bez ograniczeń wynikających z układu siatki. Ponadto, dzięki konstrukcji gładkiego stołu, pozwalającej w znacznym stopniu zredukować niekorzystne zjawisko pobierania obcego powietrza, osiągany jest wyższy stopień sprawności odsysania wiórów.
Dzięki funkcjonalności warsztatowej, którą zapewnia graficzny system programowania „WoodWOP” firmy Homag możliwe jest zaprogramowanie przedmiotu i jego obróbki, a nie maszyny i jej ruchów. Program proponuje ustawienie modułów ssących i elementów mocujących odpowiednio do zaprogramowanych kształtów obrabianego przedmiotu. W razie potrzeby można potem przesunąć przy pomocy myszki.
5.4.2. MOCOWANIE UNIWERSALNE
Firma Reichenbacher oferuje szereg rozwiązań mocowania obrabianych przedmiotów:
mocowanie próżniowe na stole z siatką żłobków,
dopasowane do kształtów szablony podciśnieniowe,
podciśnieniowe miseczki ssące
uniwersalne techniki mocowania do frezowania z płyty.
Na stole z siatką żłobków możliwa jest obróbka przedmiotów z pięciu stron, o ile nie są stosowane uchwyty od dołu. Czas przezbrajania maszyny i innych czynności przygotowawczych jest stosunkowo krótki, zatem system ten umożliwia wykonanie większości prac. W razie większych wymagań stosowane są szablony podciśnieniowe, przyrządy dopasowane do kształtów obrabianego przedmiotu. Przy tym rozwiązaniu celowe jest łączenie takich samych elementów w pakiety, aby możliwa była ich obróbka przy użyciu jednego szablonu.
Generalnie rzecz biorąc technika podciśnieniowa wymaga zwrócenia uwagi na minimalną powierzchnię ssania w obrabianych przedmiotach. Czasem lepiej jest uzupełnić szablon pokrywą i zastosować mocowanie uzupełniające (mechaniczne, pneumatyczne lub próżniowe) z drugiej strony. Dwustronnie działające miseczki podciśnieniowe z dwoma obwodami próżniowymi okazują się często jeszcze bardziej uniwersalne. Powoduje to jednak ograniczenie dostępnej powierzchni przylegania. Moduły układane są spodnią stroną na podkładzie (stole lub systemie nośnym), do którego są przysysane, a na wierzchu mocowany jest przedmiot przeznaczony do obróbki.
Dużą pomocą praktyczną przy pozycjonowaniu wyrobów są projektory laserowe. Często używane są systemy nośne z wbudowanymi obwodami próżniowymi. Nastawiane są ręcznie przy pomocy prowadnic kulowych, liniałów maskujących i elektronicznych przyrządów do nastawiania. Moduły mocujące mogą być również wykonane w wersji bezprzewodowej, co zwiększa wszechstronność ich stosowania. Uniwersalne techniki mocowania zalecane są do frezowania wtedy, gdy prace wykonywane są w miarę możności bez użycia przyrządów. Często jako podkład wystarcza płyta MDF pi grubości 8mm. Płyta musi być na tyle przepuszczalna, aby poprzez nią można było zasysać powietrze. W przypadku uszczelnionych brzegów i gładkich płaszczyzn sposób ten jest godny polecenia. Stosowanie systemu rolek dociskowych lub poduszek powietrznych pozwala również uniknąć stosowania przyrządów specjalnych.
Systemy mocowania - część II
Szczególne wymagania stawiane są centrom obróbki w zakresie schodów. W celu wykonania różnego rodzaju konstrukcji schodowych w firmie Maka zamocowany próżniowo element przejeżdżany jest przez agregat i poddawany obróbce w pozycji przymocowanej. Dzięki temu możliwa jest kompletna obróbka, np. półzawieszanych policzków schodów z podcięciem po zamocowaniu. Krzywulce, łącznie z bieżnym profilem ręcznym i otworami sztachetowymi u góry, mogą być również obrabiane po zamocowaniu.
Z powodu częstych poziomych obróbek policzków, talerze próżniowe są bardzo wysoko rozwinięte. Ich prawidłowe ułożenie bez podparcia jest relatywnie pracochłonne i w przypadku częstych zmian obrabianych przedmiotów trwa zbyt długo. Dzięki zastosowaniu pozycjonowania światłem laserowym przebieg torów walcowych wskazywany jest bardzo dokładnie. Dzięki temu możliwe jest takie obustronne ustawienie talerzy próżniowych obrabianego elementu. Kolizja z frezarką jest w ten sposób praktycznie wykluczona.
Bardzo pomocne przy obróbce schodów są specjalnie wykonane elementy mocujące, jak np. pneumatyczne krzywulce lub mocowania słupków. Przytrzymują one obrabiany przedmiot, krzywulec lub słupek w odpowiedniej pozycji. W celu zmiany mocowania wystarczy zwolnić tłoki dociskające, które poruszają się wtedy samoczynnie.
5.4.3. ROZWIĄZANIA PIONOWE
Centrum do obróbki pionowej firmy Scheer wyposażone jest w stół odchylony o 15° od pionu, przedstawiony na ilustracji jako gładka powierzchnia bez konsoli. W celu dowolnego pozycjonowania zastosowano tu różnowymiarowe ssawki próżniowe. Dwustronnie działające mogą być dostosowane do obróbki dowolnego elementu. Ssawki próżniowe są poprzez wąż koncentryczny pojedynczo połączone z pompą. Zamiana podłączeń po stronie górnej i dolnej jest praktycznie niemożliwa. Wąż wewnętrzny jest na stałe połączony z pompą i dostarcza próżnie do części dolnej. Poprzez uniesienie bocznych klap zamykających, ssawki mogą być przy wstrzymanym podciśnieniu ustawione w dowolnej pozycji.
Każda nie zajęta ssawka nie zamyka się samoczynnie. Można ją również łatwo zdjąć z węża. Uwolniony wąż musi być w takim przypadku zatkany i wsunięty z powrotem w otwór. Ssawki próżniowe wykonane są z tworzywa, dzięki czemu nawet przypadkowy kontakt z frezarką lub z wiertarką nie doprowadzi do uszkodzenia narzędzia.
W celu określenia rozmiaru obrabianego przedmiotu, po lewej i po prawej stronie oraz u dołu stołu do mocowania znajdują się podziałki. Dodatkowo stół pokryty jest 100-milimetrowym rastrem ułatwiającym pozycjonowanie. Przy pomocy programu obsługi wymagane pozycje ssawek można określić graficznie współrzędnymi X i Y.
5.4.4. POZYCJONOWANIE ZESTAWEM AUTOMATYCZNYM
SCM wdraża system szybkiego pozycjonowania „Autoset” do mocowania obrabianych elementów. Przy pomocy wyświetlacza diodowego możliwe jest pół- lub całkowicie automatyczne ustawianie programu obróbki. Całkowicie automatyczne - przy pomocy programu CNC zakładki (trawersy) i ssawki próżniowe są samoczynnie ustawiane w bezkolizyjnej pozycji, a następnie blokowane i jednocześnie zachowywane w programie. Odbywa się to od razu przy tworzeniu programu obróbki, co pozwala na szybką i bezwzględną zamianę jednej obróbki na drugą.
W półautomatycznej wersji zakładki i ssawki próżniowe sterowane są manualnie. W przypadku ustawienia nieprawidłowej pozycji, ssawki i nakładka blokują się samoczynnie. Dzięki zaopatrywaniu ssawek w próżnię poprzez system kanałów bez przewodów wężowych, opracowywana powierzchnia jest w pełni dostępna.
Jako alternatywę do tego systemu SCM oferuje uniwersalny stół roboczy. Przy pomocy szeregu kompatybilnych modułów, geometria obrabianego przedmiotu może być szybko i dokładnie wprowadzana w rowki stołu uniwersalnego. Pozwala to zaoszczędzić czas, ponieważ niemal wszystkie formy geometryczne mocować można bez pracochłonnych szablonów.
SYSTEMY MOCOWANIA PROPONOWANE PRZEZ SPECJALISTÓW
W przypadku, gdy istnieją wymogi w zakresie techniki mocowania, które nie mogą być w pełni zrealizowane przez producenta centrum obróbki, skorzystać można z oferty specjalisty.
Przykładowo: jedna z takich firm oferuje modularny system mocowania w różnych wykonaniach. Obok komponentów ssawek do dyspozycji są elementy dodatkowe, jak łapy wspornikowe i zakładki do elementów trójwymiarowych.
Dla gładkich stołów roboczych przewidziane są „poczwórne bloki przyssawkowe”, które równocześnie lub oddzielnie przywierają do stołu i obrabianego przedmiotu. Na pojedynczych konsolach z kanałami próżniowymi i sprężonym powietrzem można łatwo przesuwać tzw. „poczwórne płyty przyssawkowe”. W przypadku szybko wymienianych nakładek, „wysepki antypoślizgowe” zapobiegają przesuwaniu się na boki, co pozwala na dużą siłę mocowania. Jest to przydatne szczególnie w przypadku obróbki bardzo wąskich i małych elementów.
Oferowana konsola przesuwana posiada precyzyjne prowadnice, które mogą pracować na płycie podstawowej dowolnego rozmiaru. Dzięki symetrycznej formie płyt poczwórnych przyssawek zaopatrzonych w nakładki ssące, możliwe jest szybkie i indywidualne mocowanie elementów. Jeżeli narzędzie koliduje ze ssawką z tworzywa, można ją bez problemu wymienić. Narzędzie nie ulega przy tym uszkodzeniu.
W obróbce drewna skoncentrowano się na systemach mocowania odpowiednich do frezowania i wiercenia otworów w dużych elementach.
Oferowany w tym celu system „Flip Pod” składa się z płyty z rastrem na wylot, oraz wytłoczeń przyssawkowych rozlokowanych wewnątrz lub także na płycie. W zależności od potrzeb wytłoczenia przyssawkowe są obracane i w prosty sposób uaktywniane.
Dzięki temu dla każdego obrabianego elementu powstaje indywidualnie dopasowany próżniowy przyrząd mocujący.
6. NARZĘDZIA STOSOWANE NA OBRABIARKACH CNC DO DREWNA
Tendencje w dziedzinie narzędzi i współczesne wymagania dotyczące ich eksploatacji mają ścisły związek z tendencjami w konstrukcji obrabiarek. Jest to właściwie rodzaj sprzężenia zwrotnego: z jednej strony postęp w narzędziach (w szczególności dotyczy to materiałów narzędziowych) umożliwia stosowanie określonych konstrukcji, sposobów sterowania parametrów eksploatacyjnych itp. w obrabiarkach, a z drugiej - te nowoczesne rozwiązania obrabiarek są możliwe jedynie przy zastosowaniu narzędzi odpowiadających parametrom tych maszyn.
Jeśli chodzi o problematykę dotyczącą współczesnych narzędzi do obróbki drewna i tworzyw drzewnych, to można ją podzielić na następujące główne obszary:
materiały narzędziowe,
konstrukcja narzędzi,
systemy mocowania ostrzy w korpusach narzędzi i całych narzędzi na wrzecionach obrabiarek.
Dwa pierwsze obszary są szeroko opisane w literaturze[1, 4, 9,] i mogą stanowić przedmiot odrębnej specjalistycznej konferencji, dlatego zostały one w tym referacie potraktowane bardziej syntetycznie.
Wszystkie, mające wpływ na konstrukcję i eksploatację narzędzia czynniki podzielono na trzy zasadnicze zakresy i zilustrowano schematycznie na rys. 21. Czynniki „materiałowe” odgrywają tu na pewno zasadniczą rolę. Idealny materiał narzędziowy powinien łączyć [9] następujące właściwości:
odporność na zużycie (wytrzymałość na ścieranie, wytrzymałość mechaniczna, cieplna itp.),
ciągliwość,
obojętność chemiczna wobec obrabianego materiału.
Wzajemne usytuowanie materiałów pod względem wymienionych cech wg [9] przedstawiono na rys.22, a zależność między twardością i odpornością na kruche pękanie na rus. 23. Na schematach tych należy zwrócić uwagę na usytuowanie :modnego” ostatnio, głównie w przemyśle maszynowym materiału narzędziowego określanego nazwą CERMETALE. Są to materiały zbudowane na bazie cząstek ceramicznych, głównie węglika i azotku tytanu (TiC i TiN), spojonych metalami (nikiel, kobalt, molibden). Stanowią one pewną alternatywę dla popularnych już w drzewnictwie ostrzy z polikrystalicznego diamentu (PKD), są również konkurencyjne cenowo w odniesieniu do węglików spiekanych. Mimo tych zalet, cermetale nie znalazły, jak dotąd, szerszego zastosowania w narzędziach do obróbki drewna i tworzyw drzewnych. Jeśli chodzi o wymienioną na trzecim miejscu właściwość materiałów narzędziowych (kwestie oddziaływania chemicznego), to jest to całkiem nowe, podjęte w ostatnich latach zagadnienie. W Katedrze Obrabiarek i Urządzeń Przemysłowych AR w Poznaniu wykonywane są badania w tym zakresie ze szczególnym uwzględnieniem zachodzącej w wyniku obróbki laminowanych płyt wiórowych korozji ostrzy wykonanych z węglików spiekanych.
W eksploatacji współczesnych narzędzi, w tym oczywiście również, a może przede wszystkim, diamentowych ważną kwestią jest sprawa mocowania narzędzia w obrabiarce czy centrum obróbkowym. Nie bez znaczenia jest również problem mocowania wymiennych ostrzy (noży) w narzędziach złożonych. W trakcie eksploatacji współczesnych obrabiarek, w tym również obrabiarek CNC i centrów obróbkowych szybko okazało się, że tradycyjne sposoby mocowania narzędzi nie zabezpieczają wymagań dotyczących dokładności obróbki, jej wydajności i nie odpowiadają aktualnie stosowanym parametrom eksploatacyjnym, chodzi tu głównie o prędkości skrawania i posuwu. Poniżej przedstawiono kilka przykładów rozwiązań z tego zakresu, stosowanych przez renomowane firmy.
Wysokie prędkości obrotowe narzędzi nasadzanych (rozdrabniacze, podcinacze, frezy itp. - o średnicach 200 - 250 mm), rzędu 18 tysięcy obr./min i prędkości posuwu (do 60m/min) wymagają bardzo dużej dokładności mocowania. Mocowanie tradycyjne uwzględniające wygodną wymianę narzędzi dopuszcza odchyłki bicia promieniowego 0,03 - 0,04 mm. Ilustruje to rys. 24.
Powstały luz jest wynikiem suwliwego pasowania narzędzia na wrzecionie. Wynikające z tego luzu podane wartości bicia są niedopuszczalne dla narzędzi diamentowych i obrabiarek, którym stawia się wysokie wymagania dotyczące jakości obróbki, np. wyeliminowanie wykruszeń na krawędziach elementów płytowych oklejonych folią, laminatem itp.
Sposobem eliminującym te wady jest mocowanie hydrostatyczne. Są tutaj stosowane różne systemy bazujące na centrycznym rozchodzeniu się półpłynnego czynnika (medium). Przykład ilustruje rys. 25.
Piasta narzędzia jest rozwiązana w ten sposób, że w bezpośrednim sąsiedztwie jej otworu osadczego jest „płaszcz” wypełniony nieściśliwym medium o konsystencji gęstego oleju. Medium to jest oddzieloną od wrzeciona cienką ścianką piasty. Podczas mocowania narzędzia medium zostaje ścieśniane (sposób mocowania, w podanym przykładzie na trzpieniu ostrzarki przedstawia rys. 26), ciśnienie wynosi do 30 Mpa (300 at).
Korzyści płynące ze stosowania tego systemu są następujące:
centryczne, niezależne do pasowania, mocowanie,
zmniejszenie bicia promieniowego poniżej 0,005 mm,
możliwość wyeliminowania kołnierzy zaciskowych, które poprzez ich nieuchronne niedokładności, mogą być też przyczyną bicia.
Firma LEITZ proponuje podobny sposób zwany SYSTEM HF (Hydro-Format System), który przedstawia rys.27. Jest to system umożliwiający mocowanie różnorodnych narzędzi (np. podcinaczy, rozdrabniaczy, frezów) z wykorzystaniem jednej tulei mocującej.
Innym sposobem jest proponowany również przez LEITZ'A SYSTEM SF (Schnellwechsel - Formatsystem). Jest to konstrukcja tulei zaciskowej wykorzystująca do mocowania siłę odśrodkową (rys. 28), przy czym stosowane są tu mocujące elementy mechaniczne. Oprócz takich zalet, jak dobre centrowanie, wysoka dokładność mocowania i duża mocująca, system, ten charakteryzuje się bardzo krótkim czasem mocowania. Jest on stosowany w szczególności dla narzędzi obrabiających wąskie powierzchnie elementów płytowych (podcinacze, rozdrabniacze, frezy profilowe). Są to narzędzie, dla których „dokładność biegu” ma duże znaczenie z punktu widzenia uzyskania wysokiej jakości krawędzi obrabianych elementów np. meblowych.
Mocowanie narzędzi trzpieniowych, szczególnie w obrabiarkach CNC i centrach obróbkowych musi, obok przedstawionych już wymagań odnośnie do dokładności pracy narzędzia (ograniczenie bicia) jeszcze umożliwiać szybką, zautomatyzowaną wymianę narzędzi. Wytwórcy maszyn CNC i przeznaczonych dla nich narzędzi (np. Homag, SCM, MAKA, IMA, LEUCO, LEITZ, Stehle, Guhdo i inni) zastosowali tu, tak jak w wielu innych przypadkach gotowe rozwiązania stosowane od dawna w obrabiarkach do metali. System ten jest określany przeważnie jako SK (Steilkegel) i przedstawia go rys. 2.9. Bazuje on na znormalizowanej końcówce uchwytu narzędziowego w postaci długiego niesamohamownego stożka. Podczas eksploatacji obrabiarek CNC okazało się jednak, że system ten, w pełni wystarczający w obrabiarkach do metali, w warunkach bardzo wysokich prędkości obrotowych narzędzi do drewna ma następujące ujemne cechy:
na skutek siły odśrodkowej powstają elastyczne odkształcenia gniazda wrzeciona, co powoduje niekorzystne dla dokładności obróbki drgania i ma negatywny wpływ na trwałość łożyskowania wrzeciona,
zwiększanie prędkości obrotowej narzędzia powoduje wzrost drgań, co przyczynia się do nadmiernego wzrostu bicia promieniowego.
Chcąc wyeliminować te wady stosuje się ostatnio (np. IMA, LEUCO) rozwiązanie zwane HSK (Hohlschaftkegel). Przedstawia je rys. 30. Końcówkę uchwytu narzędziowego stanowi tutaj krótki, samohamowny (tzn. o małej zbieżności) stożek z gniazdem wewnętrznym. W gniazdo to wchodzą, podczas osadzania uchwytu narzędziowego na wrzecionie, elementy wrzeciona, które z dużą siłą wciągającą mocują uchwyt. Wzrost prędkości obrotowej wspomaga to zamocowanie, gdyż wraz ze wzrostem siły odśrodkowej wzrasta siła mocująca. Dzięki temu rozwiązaniu konstruktorzy obrabiarek mogą stosować większe prędkości obrotowe narzędzi i twierdzą, że jest możliwe osiągnięcie 40 tys. obr./min. [5].
Współczesne rozwiązania w zakresie mocowania wymiennych ostrzy (noży) w wałach nożowych i głowicach dążą do zaspokojenia następujących głównych wymagań:
pewność zamocowania, stabilność podczas pracy, eliminacja drgań (jakość obróbki),
krótki czas potrzebny do wymiany ostrzy, prostota rozwiązania,
zapewnienie maksymalnej dokładności biegu krawędzi tnącej na jednym „kole skrawającym”,
maksymalne ograniczenie powstającego w miejscach mocowania (np. szczeliny) źródła hałasu,
dobre odprowadzenie wiórów.
Można tu zademonstrować następujące przykłady:
„Bezśrubowe” mocowanie noży w wałach nożowych i głowicach (rys. 31 ).
Mocowanie noży realizowane jest po włączeniu maszyny przy wykorzystaniu siły odśrodkowej. Firma LEITZ podaje zmniejszenie hałasu o 5 dBA w stosunku do rozwiązań tradycyjnych. Nie bez znaczenia jest również gładka, powierzchnia korpusu narzędzia oraz fakt, że nóż (chociaż nieco bardziej skomplikowany) ma dwa ostrza, może być obracany tzn. wykorzystuje się jego dwie krawędzie skrawające.
- Wstępne mocowane wymiennych noży z jedną centralną śrubą (rys.32.)
To rozwiązanie ma następujące szczególne zalety:
bezproblemowa możliwość pracy głowicy w pionie,
zastosowanie stalowego, wymiennego łamacza wiórów. Dzięki temu korpus głowicy może być aluminiowy (rys. 22 a).
Obydwa rozwiązania (rys. 34 i 32) charakteryzują się w porównaniu z tradycyjnymi, następującymi zaletami:
- „zamknięta” praktycznie konstrukcja „wyjścia” noża z głowicy (nie ma szczeliny) dająca zmniejszenie hałasu (szumów) i ograniczająca wrażliwość na zanieczyszczenie wiórami, pyłem, żywicą itp.
- możliwość łatwego ostrzenia noży (od strony powierzchni natarcia), przy
czym
istotne jest, że ostrzone są jednocześnie obydwie strony noża.
- „Samocentrowanie” noży po wymianie (ostrzeniu). Niepotrzebne są znane, kłopotliwe zabiegi związane z ustawianiem noży dla uzyskania jednoznacznego „koła skrawającego”.
Z innych godnych odnotowania nowości technicznych w zakresie narzędzi należy wymienić segmentowe wały i głowice nożowe, które zilustrowano na rys. 33. Wał taki lub głowica zmontowany jest wąskich segmentów („plastrów”) stalowych i aluminiowych osadzonych przemiennie na wrzecionie. Każdy segment na wykonane gniazdo dla noża i elementu zaciskowego, gniazda te po, złożeniu wału lub głowicy, łączą się w jeden rowek. Mocowanie noży jest tutaj podobne jak w powyżej opisanych systemach „bezśrubowych”. Korzyści płynące ze stosowania tego typu narzędzi są następujące:
- dzięki zróżnicowanym właściwościom stali i aluminium poprawia się współczynnik drgań skrętnych i giętnych na długości wału,
- wał lub głowica wykazuje się spokojniejszą niż dla narzędzi tradycyjnych dynamiką pracy dzięki czemu wzrasta wytrzymałość zmęczeniowa na czopach w ułożyskowaniu,
- wykonanie poszczególnych segmentów jest technologicznie prostsze niż np. jednego długiego wału (kłopotliwe frezowanie rowków na noże i listwy).
6.1. INTELIGENTNE NARZĘDZIA
6.1.1. SYSTEM ZARZĄDZANIA NARZĘDZIAMI FIRMY LEITZ (LMTS)
Jakość obróbki drewna zależy w równej mierze od jakości narzędzi, jak i obrabiarek. Prawidłowe wzajemne dopasowanie narzędzi i maszyn skraca czas potrzebny na przezbrajanie obrabiarek i zwiększa bezpieczeństwo pracy. System LMTS jest ogniwem łączącym z jednej strony narzędzia, a z drugiej strony maszyny i zakład produkcyjny.
LMTS opiera się na trzech podstawowych komponentach:
optycznym pomiarze i nastawieniu narzędzi,
„inteligentnych” narzędziach z wbudowanym elementem półprzewodnikiem,
oprogramowaniu, które jest specjalnie opracowane dla potrzeb gospodarki narzędziami w zakładach obróbki drewna.
Podstawowym warunkiem produkowania wyrobów mieszczących się pod względem wymiarów w zadanych granicach tolerancji, jest stosowanie dokładnie zmierzonych narzędzi. Optyczny przyrząd pomiarowo-nastawczy, wyposażony w przystawki do mocowania wszystkich popularnych rodzajów narządzi, spełnia to zadanie. Następnym krokiem jest szybkie i bezbłędne przeniesienie danych na temat narzędzi do obrabiarki sterowanej komputerem. Firma Leitz oferuje narzędzia z wbudowanym elementem półprzewodnikiem. Używanie „inteligentnych” narzędzi wymaga stosowania maszyn, które są w stanie rejestrować i przetwarzać dane zawarte w elementach półprzewodnikowych narzędzi. Wygoda i bezpieczeństwo pracy z takimi maszynami wyraża się chociażby tym, że wymiana narzędzi ogranicza się do automatycznego przebiegu i odczytu zawartości magazynu danej obrabiarki, który w dowolny sposób może wyposażony w narzędzia.
6.1.2. POMIAR I NASTAWIANIE NARZĘDZI
Pomiarom i nastawieniu narzędzi w zakładach pracujących na obrabiarkach sterowanych numerycznie należy się miejsce centralne, gdyż tylko one zapewniają prawidłowe wymiary produktów od pierwszego egzemplarza. Do obróbki drewna często używane są narzędzia profilowane i nastawne, a także narzędzia o końcówkach diamentowych, których pomiar i regulacja nierzadko ze względów ekonomicznych możliwa jest wyłącznie przy pomocy bezdotykowo pracujących przyrządów pomiarowo- nastawczych. Różne przystawki do stożków niesamohamowanych, stożków wklęsłych, stożków Morse'a, chwytów cylindrycznych oraz narzędzi wiertarskich umożliwiają mierzenie większości narzędzi używanych w zakładzie obróbki drewna. Na podstawie kilku dowolnych określanych i na stałe wyznaczanych punktów zerowych narzędzi każda przystawka uzyskuje własny punkt zerowy, dzięki czemu wskazywane wartości korekt dla długości i promienia zawsze dokładnie odpowiadają korektom wprowadzanym do danej maszyny. Pomierzone wartości wraz z numerem narzędzia można bezpośrednio drukować na etykietach lub kierować do dalszej obróbki komputerowej.
Dla określenia wymiarów różnicowych (szerokość pióra i wpustu), odchyleń okrągłości lub prostoliniowości możliwe jest zerowanie odczytu w dowolnym punkcie pomiarowym, a następnie przełączenie go ponownie na wymiar absolutny względem zerowego punktu przystawki.
6.1.3. NARZĘDZIA Z ELEMENTEM PÓŁPRZEWODNIKOWYM
„Inteligentne” narzędzia wyposażone są w element półprzewodnikowy, który można bezdotykowo odczytywać i programować. Element taki pozwala w sposób wykluczający pomyłkę zapisywać dane geometryczne i technologiczne danego narzędzia. Umieszczony jest w chwycie ze stożkiem niesamohamowanym lub w stożku wklęsłym chwytu HSK. Sterowane numerycznie frezarki górnowrzecionowe, gwarantują maksimum bezpieczeństwa, zwiększony komfort pracy, poprawę jakości produkcji, a zatem większą opłacalność. Strumienie informacji towarzyszące narzędziom minimalizują wszelkie ryzyko związane np. ze zbyt wysokimi obrotami, nieprawidłowym kierunkiem obrotów, nieprawidłowym posuwem itp.
Wymiana narzędzi ogranicza się jedynie do dowolnego wyposażenia magazynku, zależnie od jego rodzaju, oraz automatycznego przebiegu z odczytem, w trakcie którego następuje przyporządkowanie numerów narzędzi poszczególnym miejscom w magazynku i przeniesienie danych o geometrii i technologii do pamięci korekt w obrabiarce klasy CNC.
Kodowanie elementów półprzewodnikowych odbywa się przy pomocy programu komputerowego, odbierającego dane pomiarowe (długość narzędzia i jego promień) bezpośrednio z przyrządu pomiarowego poprzez maskę ekranową. Po uzupełnieniu o dalsze informacje na temat narzędzia generowany jest ciąg danych, kierowanych do głowicy zapisu i odczytu. Dane te są przy jej pomocy bezkontaktowo przenoszone na element półprzewodnikowy. Układ ten może też działać w przeciwnym kierunku, np. po ostrzeniu narzędzia. Najpierw wczytywane są jego dane z elementu półprzewodnikowego, następnie korygowane i zapisywane z powrotem. Dla pomiarów i zastosowania w maszynie, narzędzie i jego uchwyt stanowią jedność. W razie demontażu konieczny jest ponowny pomiar.
Również przy realizowaniu zleceń polegających na ostrzeniu lub zamawianiu nowych narzędzi system LTMS okazuje się niezwykle pomocny. W razie potrzeby narzędzie jest odbierane od użytkownika, ostrzone przez serwis, kodowane na nowo i dostarczane z powrotem.
6.1.4. ZARZĄDZANIE NARZĘDZIAMI
System zarządzania narzędziami zapewnia porządek w całej gospodarce narzędziowej, możliwe jest dzięki niemu:
wprowadzanie na stan, zdejmowanie ze stanu i przeniesienia narzędzi - kartoteki magazynów, maszyn, serwisu i pracowników,
rejestracja wszystkich kosztów dotyczących narzędzi, aż do wyłączenia z eksploatacji,
rejestracja metrów lub minut pracy,
dokumentowanie wszelkich danych na temat narzędzi,
sporządzanie planów uzbrojenia maszyn,
automatyczne generowanie zleceń zakupów i zleceń serwisowych,
sporządzanie list stanów magazynowych, kosztów narzędzi, planu uzbrojenia maszyn itp.
Zarządzanie narzędziami oferuje liczne korzyści w postaci szybkiej dostępności informacji na temat narzędzi, możliwości wczesnego planowania zakupów i rachunku kosztów. Dzięki podziałowi na moduły (np. dane stałe, księgowania, zamówienia, dane serwisowe i eksploatacyjne, a także dane konstrukcyjne narzędzi) system ten jest szczególnie przydatny w branży obróbki drewna.
Centralnym punktem systemu zarządzania narzędziami jest samo narzędzie. Zależnie od potrzeb można mu przyporządkować dalsze dane, np. specyfikację, klasę produktu (klasyfikację), cechy identyfikacyjne, rysunki, dane dostawców itd. Wprowadzanie na stan lub przeniesienia pozwalają szybko określić miejsce pobytu danego narzędzia i liczebność. Plany uzbrojenia maszyn informują operatora o tym, jakie narzędzia winny się znaleźć na poszczególnych wrzecionach do realizacji danego programu produkcyjnego.
Różne zestawienia, które można uzyskać jednym naciśnięciem klawisza, zawierają informację na temat np. zapasów lub efektywności ekonomicznej poszczególnych narzędzi.
6.2. NARZĘDZIA DO OBRÓBKI PROFILOWEJ DREWNA LITEGO
Jako elementy profilowe definiuje się elementy z drewna litego o przekroju poprzecznym w rozumieniu PN-76/D-54033 [5]. Jest to wprawdzie dość stara, ale obowiązująca norma, precyzująca między innymi, co należy rozumieć przez profil. Ogólnie biorąc, według tej normy jest to określony kształt przekroju poprzecznego obrabianego przedmiotu. Przez profil należy więc rozumieć kształt przekroju, który wynika z narzędzia obróbkowego, a nie z przebiegu obróbki, tzn. z kształtu wzornika przyrządu obróbkowego (obrabiarka tzw. klasyczna) lub z programu komputerowego (obrabiarka CNC). Element o takim przekroju nazywa się profilowym ew. profilowanym. Może to być oczywiście również obrabiany przedmiot, którego obróbka wzdłużna przebiega krzywoliniowo (mówi się też niekiedy, że jest „profilowa”) i jednocześnie przedmiot ten ma profil poprzeczny wynikający z kształtu freza.
W ogólnym ujęciu obróbka elementów profilowych, nie toczonych przebiega głównie na obrabiarkach typu „strugarka”, „frezarka” lub centrum obróbkowe. Wymienione maszyny lub grupy maszyn pracują narzędziami, które można nazwać frezami (jednolitymi, niejednolitymi, składanymi, złożonymi itp. [6]) nasadzanymi i trzpieniowymi.
Z uwagi na obszerność tematu skupiono się na wybranych konstrukcjach, stanowiących najnowsze rozwiązania renomowanych firm narzędziowych [4] oraz wyniki prac badawczych [3].
Jak wiadomo, obecnie stawia się narzędziom bardzo wysokie wymagania. Na wymagania te mają wpływ następujące główne czynniki :
wysoka jakość obróbki,
zadowalająca trwałość ostrzy przy obróbce trudno obrabialnych materiałów,
sprostanie współczesnym parametrom obróbki (duże prędkości obrotowe i prędkości posuwów oraz charakter pracy i wymiary skrawanej warstwy),
prostota eksploatacji, np. wymiana całego narzędzia, wymiana i regulacja położenia noży, ostrzenie itp.,
niska emisja hałasu i bezwzględne bezpieczeństwo pracy.
Chcąc zadośćuczynić tym wymaganiom, znane na polskim rynku firmy narzędziowe (np. Leitz, Leuco, Stehle, Guhdo, Stark, Zuani, Freud i wiele innych) pracują nieustannie nad nowymi rozwiązaniami, które w możliwie równym stopniu starają się uwzględniać powyżej wymienione czynniki.
Jako przykładowe można podać następujące rozwiązania:
Głowice frezarskie z systemem ProfilCut (Leitz) [2]. Konstrukcję mocowania noża w głowicy przedstawia rys. 9. Podstawowymi zaletami tego rozwiązania są:
szybka i prosta wymiana noży bez potrzeby demontażu głowicy z maszyny,
precyzyjne, jednoznaczne pozycjonowanie elementów mocujących oraz noży pozwalające na wyeliminowanie ponownej regulacji podczas ich wymiany,
niekonwencjonalny system mocowania noża, przez jego dociąganie do powierzchni bazującej korpusu, a nie dopychanie, jak w innych rozwiązaniach; sprawia to, że konstrukcja głowicy jest zwarta, także przy większej liczbie noży,
bezpieczne, kształtowe zamocowanie noża, wspomagane przez siłę odśrodkową,
możliwość wykonania korpusu narzędzia z lekkiego metalu (gdyż nie ma gwintowych otworów na śruby mocujące, co wymagałoby korpusu stalowego) o mniejszej niż w wypadku korpusu stalowego masie; pozwala to na stosowanie tego typu narzędzi w obrabiarkach CNC,
zamknięta, profilowana forma korpusu głowicy i optymalnie ukształtowana przestrzeń „wiórowa” pomiędzy ostrzem a korpusem, pozwalająca na niską emisję hałasu,
przydatność zarówno do posuwu mechanicznego, jak i ręcznego,
szeroki zakres zastosowania w zakresie narzędzi nasadzanych i trzpieniowych.
Głowice frezarskie ProFix (Leitz). Zasadę tego sposobu mocowania noży w głowicach i przykłady narzędzi przedstawia rys. 10. Zaletami prezentowanego rozwiązania są:
zastosowanie tego samego korpusu głowicy do bardzo wielu rodzajów noży profilowych i jednocześnie; możliwość stosowania różnorodnych korpusów zależnie od typu maszyny,
możliwość frezowania profili o głębokości od 10 do 25 mm przy małym korpusie narzędzia i stabilnych nożach,
zachowanie tej samej średnicy skrawania i dokładnie tego samego obrabianego profilu po wielu ostrzeniach noży,
bezproblemowa wymiana noży bez potrzeby demontażu narzędzia z maszyny,
bezluzowe, bezpieczne (kształtowe) mocowanie noży, wspomagane działaniem siły odśrodkowej,
szeroki zakres zastosowania (narzędzia nasadzane i trzpieniowe przeznaczone do posuwu mechanicznego lub ręcznego - zależnie od wykonania głowicy).
W wyniku długoletnich prac badawczych, prowadzonych w Katedrze Obrabiarek i Urządzeń Przemysłowych AR w Poznaniu, zaproponowano zastosowanie koncepcji hiperboloidalnej powierzchni działania ostrza [3], między innymi do konstrukcji narzędzi do obróbki wypukłych profili zbliżonych do kołowych. Zrealizowanie tej koncepcji umożliwia uzyskanie niektórych profili za pomocą narzędzia o prostych ostrzach. Krawędź tnąca każdego ostrza tego narzędzia jest usytuowana na prostej, zakreślającej podczas obrotu hiperboloidę jednopowłokową. Ta prostokreślna powierzchnia jest utworzona przez obrót prostej, wokół pionowej osi Z, przy czym prosta nachylona jest do płaszczyzny prostopadłej do osi obrotu pod określonym kątem k (rys. 11). Kształt powierzchni hiperboloidalnej, a więc kształt obrabianego profilu, zależy od kąta k i wielkości odległości a h prostej tworzącej hiperboloidę od osi obrotu Z. Różne możliwości obróbki narzędziem o przedstawionym sposobie usytuowania krawędzi tnących ostrzy (np. frezem nasadzanym) zobrazowano na rys. 12. Opisana metoda ma następujące zalety:
możliwość zastosowania noży o prostych krawędziach tnących w głowicach frezarskich do obróbki profili zbliżonych do kołowych (zaokrąglanie wąskich powierzchni elementów),
prostota konstrukcji głowicy i ustawiania noży,
dobra jakość obrobionej powierzchni przy małej liczbie noży i niewielkiej prędkości obrotowej narzędzia,
spokojna, pozbawiona drgań praca narzędzia, niska emisja hałasu,
wysoka trwałość ostrzy skrawających.
Ujemnymi stronami opisanej koncepcji są :
obrabiany profil nie jest dokładnie kołowy (w wypadku niewielkiego przekroju poprzecznego elementu nie ma to jednak większego znaczenia, gdyż obrabia się praktycznie tylko profile o charakterze ozdobnym),
gorsza jakość obróbki w kierunku poprzecznym do przebiegu włókien drzewnych,
zmienność kątów przyłożenia i natarcia, co powoduje zmienność warunków pracy narzędzia.
Na zakończenie należy wspomnieć o współczesnych europejskich wymaganiach [7] dotyczących narzędzi (w tym przede wszystkim profilowych) przeznaczonych do posuwu ręcznego, np. dla frezarek dolnowrzecionowych. Narzędzia te, w Niemczech oznaczone „BG-TEST”, w odróżnieniu od narzędzi do posuwu mechanicznego muszą mieć dodatkowe elementy ukształtowane w korpusie, lub stanowiące odrębne części, zwane ogranicznikami posuwu [6]. Profil tych ograniczników musi oczywiście odpowiadać profilowi noży. Ogólny widok przykładowej głowicy frezarskiej przeznaczonej do posuwu ręcznego ilustruje rys. 13, a usytuowanie ogranicznika posuwu w stosunku do noża - rys. 14. Funkcja ogranicznika polega na tym, że wartość posuwu na ostrze pz nie może przekroczyć podanej na rys.14 wartości 1,1 mm równej różnicy promieni r1 - r2, tzn. wartości promieniowego ustawienia górnej krawędzi ogranicznika posuwu w stosunku do ustawienia krawędzi tnącej ostrza [7].
Zgodnie z ogólną znaną zależnością:
pz =
zwiększenie posuwu u [m/min] (przy określonej prędkości obrotowej narzędzia n i liczbie jego ostrzy z) spowoduje zwiększenie wartości posuwu na ostrze pz [mm]. Jeśli wartość ta będzie większa od 1,1 mm - obróbka staje się niemożliwa ze względu na grubość wióra. Jest to więc zabezpieczenie przed zbyt dużą wartością posuwu, co w wypadku posuwu ręcznego byłoby, jak wiadomo, niebezpieczne. Wielkość Smax (rys.13) jest maksymalną dopuszczalną szerokością przestrzeni pomiędzy nożem (1) a ogranicznikiem posuwu (2). Przestrzeń ta ulega zwiększeniu po kolejnych ostrzeniach narzędziach.
Głowice i inne frezy przeznaczone do posuwu mechanicznego nie mają opisanych ograniczników, tak jak głowica zilustrowana na rys. 15.
6.3. OBRÓBKA DREWNA DIAMENTEM
Nowe, uszlachetnione ostrza narzędzi do obróbki drewna i tworzyw sztucznych.
Fachowcy wiedzą już od dawna, że narzędzia z ostrzami wyposażonymi w polikrystaliczne diamenty nadają się do obróbki drewna, materiałów drewnopochodnych i tworzyw sztucznych.
Stosowane dotychczas oznaczanie narzędzia z diamentowi PKD (polikrystaliczny diament), zostało oficjalnie zmienione na DP (diament polikrystaliczny). Jest to materiał nakładany na podłoże węglików spiekanych w przypadku produkcji narzędzi skrawających. Diament polikrystaliczny wytwarza się przez spiekanie starannie wysortowanych cząsteczek diamentu pod bardzo wysokim ciśnieniem i przy wysokiej temperaturze, z dodatkiem metalicznego katalizatora rozpuszczającego. Łączy on w sobie typową dla diamentu twardość, odporność na ścieranie i przewodność cieplną z wyższą niż w diamencie naturalnym wytrzymałością na obciążenia dynamiczne. Dzięki kobaltowej fazie przejściowej daje się on obrabiać metodą elektroiskrową.
Dzięki warstwie podkładowej z węglików spiekanych, diament polikrystaliczny można osadzać za pomocą lutowania twardego bezpośrednio na krawędziach tnących narzędzi. Jest to wykorzystywane przede wszystkim w przemyśle drzewnym i przy obróbce tworzyw sztucznych. Diament polikrystaliczny stosowany jest jako znormalizowany materiał krawędzi tnących o różnych kształtach i wielkościach w zależności od rodzaju materiału, z którego są one wykonane.
Firma De Beers, jeden z wiodących producentów DP, sklasyfikował poszczególne rodzaje swoich wyrobów następująco: DP 002 drobnoziarnisty, DP 010 - średnioziarnisty, DP 025 gruboziarnisty.
Optymalny rodzaj diamentu (DP) do narzędzi o określonym przeznaczeniu zależy od wymagań stawianych odnośnie jakości powierzchni cięcia, trwałości narzędzia, prędkości jego posuwu itd. Można powiedzieć, że gruboziarnisty DP ma wyższą odporność na ścieranie, ale powierzchnia skrawająca jest mniej gładka niż przy narzędziach z DP o mniejszej ziarnistości. Drobnoziarnisty DP umożliwia uzyskiwanie wprawdzie powierzchni cięcia trochę lepszej jakości, ale za to kosztem trwałości narzędzia.
Poza wpływem wielkości cząstek diamentu na trwałość narzędzia, rozkład ich uziarnienia wpływa na gęstość struktury siatki krystalicznej DP - a tym samym wydajność obróbczą narzędzia. Oto w skrócie dokładniejsza charakterystyka DP i możliwości jego zastosowania:
Drobnoziarnisty DP:
Dobra odporność na ścieranie, bardzo wysoka jakość obrabianej powierzchni, krawędzie tnące bardzo gładkie i ostre, dobra trwałość narzędzia przy średnim obciążeniu, nadaje się do obróbki materiałów o umiarkowanym działaniu ściernym, jak drewno łączone, aluminium, tworzywa sztuczne, średniotwarde płyty pilśniowe.
Średnioziarnisty DP:
Bardzo dobra odporność na ścierania, bardzo wysoka jakość obrabianej powierzchni, krawędzie tnące gładkie i ostre, mniejsza wytrzymałość na uderzenia, nadaje się od obróbki materiałów o silnym działaniu ściernym, jak laminaty, twarde gatunki drewna, ceramika, pokryte żywicą melaminową i foliowane płyty wiórowe.
Gruboziarnisty DP:
Nadzwyczaj wysoka odporność na ścieranie i wytrzymałość na uderzenia i obciążenia, trochę gorsza jakość obrabianej powierzchni oraz bardzo duża trwałość. Nadaje się do obróbki materiałów o bardzo silnym działaniu ściernym, szczególnie przydatne do obróbki zgrubnej i ciągłej takich materiałów, jak grafit, materiały wielowarstwowe, stopy aluminium o dużej zawartości krzemu, półfabrykaty ceramiczne, spieki metali i wzmocnione włóknem tworzywa sztuczne, laminowane panele i powłoki typu overlay.
Rodzaj DP o średnim uziarnieniu okazał się najodpowiedniejszy do szerokiej gamy zastosowań w branży przemysłu związanego z obróbką drewna i tworzyw sztucznych, ponieważ obok jego dużej trwałości charakteryzuje się również tym, że powleczone nim krawędzie tnące gwarantują odpowiednią jakość powierzchni.
Do formatowania i rozcinania drewna litego, płyt wiórowych oraz płyt MDF firma Kurt Berkemeier Holzbearbeitungsmaschinen, mająca swoich przedstawicieli w Polsce, wyprodukowała nowy wysoko wydajny frez diamentowy DP. Jego korpus wykonany jest z materiału o bardzo wysokiej jakości. W trzy spiralne rowki na części roboczej frezu wlutowane są płytki diamentowe DP firmy De Beers. Ich spiralne rozmieszczenie gwarantuje spokojną pracę frezu i optymalny wyrzut wiórów.
Urządzenie to nadaje się doskonale zarówno do obróbki wstępnej, jak i końcowej, pracuje na wysokich obrotach i przy dużych prędkościach posuwu. Długa żywotność tych frezów gwarantuje zwiększoną wydajność produkcyjną.
7. PROGRAMOWANIE OBRÓBKI NA OBRABIARKACH CNC DO DREWNA
Systemy programowania obróbki stały się istotnym elementem w rozwoju zastosowań obrabiarek sterowanych numerycznie CNC (Computer Numerical Control). Obrabiarki i urządzenia technologiczne ze sterowaniem numerycznym są podstawą, na której można opierać komputerową automatyzację procesów wytwarzania. W programowaniu obrabiarek sterowanych numerycznie stosuje się programowanie ręczne i komputerowe. Podstawowym sposobem tworzenia programów jest programowanie ręczne. Ograniczenie ręcznego programowania występuje, gdy są bardzo skomplikowane kształty elementów. Wiadomości zawarte w skrypcie dotyczą projektowania ręcznego obróbki na frezarki góornowrzecionowe i centra obróbkowe. Każdy programista powinien umieć ręcznie programować, sporządzone programy czytać, rozumieć i potrafić je zmieniać. Również stworzone przy wspomaganiu komputerowym programy mają jako wynik, program utworzony przy programowaniu ręcznym.
Prace technologa przy opracowaniu programu obróbki na obrabiarki sterowane numerycznie przebiega następująco. Pierwszą czynnością jest wykonanie szkicu wykonawczego części, na podstawie rysunku konstrukcyjnego elementu. Na szkicu oznacza się drogę narzędzia wzdłuż obrysu części obrabianej. Przedmiot wymiaruje się w przyjętym układzie współrzędnych prostokątnych. Opracowany szkic jest podstawą do sporządzenia rękopisu programu obróbki części.
Drogę narzędzia wzdłuż obrysu przedmiotu obrabianego nazywa się cyklem pracy obrabiarki. Cykl pracy przedstawiony na szkicu dzieli się na elementy składowe, zwane fazami. Wszystkie dane potrzebne do sterowania obrabiarką w jednej fazie cyklu pracy podawane są na nośnik informacji (taśma magnetyczna, taśma perforowana, dysk elastyczny lub wprowadza się bezpośrednio program za pomocą przycisków komputera obrabiarki) w postaci bloków danych (zdań, instrukcji). Dane geometryczne w jednym bloku opisują zawsze tylko jeden odcinek drogi, prostą lub łuk koła z dowolnym lub stałym promieniem. Łuk koła może, w zależności od kierunku ruchu, być obrócony w lewo lub prawo. Każdą dowolną drogę można i musi się podzielić na trzy podstawowe elementy: prosta, lewy łuk, prawy łuk.
Format zapisu bloku danych związany jest z określonym układem sterowania, w jaki wyposażona jest obrabiarka CNC.
Na podstawie szkicu wykonawczego części, programista - technolog opracowuje rękopis programu obróbki. Program obróbki jest to zbiór bloków danych opisujących wszystkie fazy cyklu pracy. W programie obróbki muszą być uwzględnione wszystkie ograniczenia związane z warunkami wykonania obróbki, jak np. dopuszczalne parametry obróbki: prędkość obrotowa wrzeciona, posuw, głębokość skrawania; wymiary narzędzia skrawającego i odpowiadające mu korekty: promienia, długości itp.
Rękopis programu obróbki przenoszony jest następnie na nośnik informacji. Przy sporządzaniu rękopisu programu programista - technolog musi czasami wykonać wiele żmudnych obliczeń, w celu ustalenia współrzędnych punktów charakterystycznych wzdłuż obrysu przedmiotu obrabianego. Płaskie zarysy przedmiotu dzielone są zazwyczaj na części elementowe, którymi są: odcinki i okręgi. Programista ustala współrzędne tych elementów.
Przy wykonywaniu obliczeń, niezbędnych do ustalenia współrzędnych punktów charakterystycznych, konieczne są urządzenia wspomagające, np. kalkulator, gdyż współrzędne punktów charakterystycznych, np. punkt styczności prostej z okręgiem itp., muszą być obliczone z odpowiednią dokładnością. W przeciwnym razie, układ sterowani8a sygnalizuje błąd.
BUDOWA I ZAPIS PROGRAMU
Sterowanie numeryczne jest układem, w którym wszystkie dane dotyczą czynności obrabiarki - uruchomienie lub zatrzymanie wrzeciona, zmiana posuwu i prędkości obrotowych itp. - łącznie z danymi dotyczącymi drogi narzędzia, tj. określenia kształtu i wymiaru obrabianego przedmiotu są podawane do układu sterującego w postaci znaku odpowiedniego kodu. Znaki te, składające się na program obróbki, są zapisane na nośniku informacji i wprowadzone do czytnika układu sterującego, który przetwarza je na odpowiednie sygnały.
Program musi być zapisany w języku zrozumiałym dla obrabiarki.
Kod ISO jest podstawowym kodem stosowanym przy programowaniu obrabiarek sterowanych numerycznie, jest on częścią kodu komputerowego ASCII (tab.). Zapis programu składa się z następujących, kolejno po sobie oddzielonych, bloków danych.
Blok danych zawiera zakodowaną część programu obróbki elementu, gdzie zapisane informacje składają się na pewną zamknięta fazę obróbki.
Maksymalna ilość informacji jaką można podać w bloku danych i ich forma zależą od konstrukcji danego układu sterowania numerycznego, z którym pracuje obrabiarka. W skład bloku danych wchodzą znaki specjalne i słowa bloku.
Znaki specjalne występujące w programie to np.:
% - początek programu,
LF - koniec bloku,
/ - opuszczanie bloku na życzenie.
Słowo bloku jest to część bloku danych, która steruje określonym zespołem wykonawczym obrabiarki. Mogą to być zespoły realizujące zadaną wartość przemieszczeń, posuwów, prędkości obrotowych, wybór narzędzia itp. Tak więc słowa bloku danych zawierają informacje geometryczne dotyczące przemieszczeń narzędzia oraz dane technologiczne (posuwy, prędkości obrotowe itp.).
Każde słowo zaczyna się z dużej litery - adresu i kończy się liczbą. Wybrane znaki adresowe, według zaleceń ISO podano poniżej.
W bloku danych występują następujące funkcje.
Numer porządkowy bloku składający się z adresu N i liczby określającej kolejny numer bloku. Słowo to w programie ma charakter wyłącznie informacyjny (w trakcie realizacji danego bloku numer ten może być wyświetlany na ekranie monitora).
Następnie w bloku danych występuje szereg funkcji, które składają się na komplet danych sterowniczych. Są to:
funkcje przygotowawcze - słowo określające taką funkcję składa się z adresu będącego literą „G” oraz dwucyfrowej liczby.
Wybrane znaki adresowe według zaleceń ISO
A - ruch obrotowy dookoła osi X
B - ruch obrotowy dokoła osi Y
C -ruch obrotowy dookoła osi Z
F - posuw
G - funkcja przygotowawcza
I
J - parametry interpolacji
K
M - funkcje pomocnicze
N - numer bloku
S - prędkość obrotowa wrzeciona
T - numer narzędzia
X - ruch wzdłuż osi X
Y - ruch wzdłuż osi Y
Z - ruch wzdłuż osi Z
Wybrane funkcje przygotowawcze
G00 - pozycjonowanie (sterowanie punktowe)
G01 - interpolacja liniowa
G02 - interpolacja
G03 kołowa
G04 - czasowy postój
G17
G18 - ruchy w płaszczyźnie (odp. XY, XZ, YZ)
G19
G40 - odwołanie kompensacji narzędzia
G41 - kompensacja narzędzia
G42 (odpowiednio w lewo, prawo)
G90 - wymiarowanie absolutne
G91 - wymiarowanie przyrostowe (inkrementalne)
Funkcje te ogólnie można podzielić na dwie grupy:
funkcje tzw. „międzyblokowe” aktualne w programie aż do odwołania, z tym, że dezaktualizacja takiej funkcji może nastąpić przez wprowadzenie drugiej, lecz wywodzącej się z tej samej podgrupy co pierwsza np.:
podgrupa I: G00, G02, G03,
podgrupa II: G17, G18, G19,
podgrupa III: G40, G41, G42,
podgrupa IV: G90, G91.
Funkcje te wykluczają się wzajemnie w ramach każdej podgrupy - każda z tych funkcji pamiętana jest do momentu odczytania nowej funkcji w ramach danej podgrupy.
funkcje, które są aktualne tylko w bloku bieżącym, a po jego zakończeniu są automatycznie kasowane z pamięci układu sterowania numerycznego np. G04.
wartości przemieszczeń liniowych i kątowych - słowa wyrażające wartości liniowych lub kątowych przemieszczeń zbudowane są z adresu, znaku określającego zwrot oraz z szeregu cyfr wyrażających wartość programowego przemieszczenia (np. X - 1250, Y - 200, Z - 850). Wszystkie potrzebne wymiary na rysunku muszą być odniesione do osi układu współrzędnych prostokątnych. Przy wymiarowaniu bezwzględnym, wymiary muszą być zaznaczone od punktu zerowego układu, przy wymiarowaniu przyrostowym (inkrementalnym) mierzona jest odległość od poprzedniego punktu (rys.).
parametry interpolacji kołowej - słowa wyrażające parametry interpolacji kołowej składają się z adresu I, J lub K, znaku + lub - oraz wartości liczbowej. Parametry interpolacji kołowej odnoszą się do określenia położenia środka łuku, z tym, że I i J w płaszczyźnie XY, a I i K w płaszczyźnie XZ (rys.)
wartości posuwów - słowo określające w bloku danych posuw, składa się z adresu „F” oraz z liczby dwu-, trzy-, cztero- lub pięciocyfrowej w zależności od sposobu kodowania posuwu w różnych układach sterowania numerycznego.
Prędkości obrotowe - słowo określające w bloku danych prędkość obrotową wrzeciona składa się z adresu „S” oraz liczby dwu-, trzy-, cztero- lub pięciocyfrowej. Kodowanie wartości obrotów odbywa się w sposób analogiczny jak kodowanie wartości posuwów.
Numer narzędzia - słowo określające narzędzie składa się z adresu „T” oraz kolejnej liczby. Słowo to podaje sygnał wyboru żądanego położenia głowicy rewolwerowej albo żądanego narzędzia (obrabiarki z automatyczną zmianą narzędzi) z magazynu.
Funkcje pomocnicze - słowo określające funkcje pomocnicze składa się z adresu będącego literą „M” oraz dwucyfrowej liczby.
Wybrane funkcje pomocnicze
M00 - stop programu, zatrzymanie obrotów wrzeciona i posuwu
M01 - warunkowy stop programu
M02 - koniec programu
M03 - obroty wrzeciona; zgodnie lub
M04 przeciwnie z ruchem wskazówek zegara
M05 - zatrzymanie wrzeciona
M06 - zmiana narzędzia
Program opracowany w formie kolejno po sobie następujących bloków danych jest zapisany w odpowiednim kodzie na nośniku programu, np. na taśmie perforowanej.
Na rysunku jest pokazana taśma perforowana z przykładowym blokiem danych
N015 G00 X200 Y - 348 M02
gdzie :
N015 - numer porządkowy
G00 - szybki posuw (pozycjonowanie)
X, Y - współrzędne przesunięcia narzędzia
M02 - koniec programu.
Otwór w taśmie perforacyjnej oznacza cyfrę dwójkową 1, a jego brak dwójkowe 0.
Kod ISO jest kodem o 7 bitach, z tym, że na ósmej ścieżce dodaje się otwór w przypadku, gdy znak kodu ma nieparzystą liczbę bitów. W ten sposób liczba otworów w rządku musi być zawsze parzysta. Służy to do kontroli prawidłowości odczytu. Zmiana odczytu w jakiejkolwiek ścieżce, spowodowana uszkodzeniem taśmy lub zabrudzeniem otworu, będzie przez układ zgłoszona jako błąd.
Przykłady programowania obróbki elementu w miarach bezwzględnych i przy wymiarowaniu przyrostowym (inkrementalnym) pokazano na rysunkach.
Programowanie obrabiarek sterowanych numerycznie zostanie opisane dokładnie na przykładzie układu sterowania „Sinumerik” niemieckiej firmy SIEMENS stosowanego m.in. we frezarkach firmy REICHENBACHER. W przemyśle drzewnym największe zastosowanie mają frezarki górnowrzecionowe z 3 osiami sterowanymi i dlatego program zostanie opisany dla tych obrabiarek. Pomiędzy maszynami i ich sterowaniem istnieją wprawdzie różnice, ale podstawowa zasada pracy obrabiarek CNC jest taka sama. Producent maszyny podaje różnice, które potem bez problemu mogą być wzięte pod uwagę.
3. Układ sterowania „Sinumerik”
Funkcja i znaczenie różnych słów są przedstawione w tabeli.
3.1. Opis geometrii przedmiotu obrabianego
3.1.1. Ogólnie o funkcjach przygotowawczych
Słowo programu z adresem G - jest to funkcja przygotowawcza. Są one w kodzie programu podzielone w grupy przez poziomą linię (tab.). Funkcje te ustalają, który rodzaj suportu maszyny musi się poruszać i jakie znaczenie mają podane wymiary. W jednym bloku programu można z jednej grupy wstawić każdorazowo tylko jedną funkcję przygotowawczą.
3.1.2. Droga narzędzia
Droga narzędzia - jest zawsze drogą punktu środkowego narzędzia (rys.). dopóki nie ma korekty promienia narzędzia, droga narzędzia jest drogą programowaną. Programowana droga składa się z odcinków prostej i koła. Dla punktu końcowego każdego odcinka ustala się wymiary w postaci informacji drogowej w przynależnym bloku programu.
Informacja drogowa obowiązuje tylko w połączeniu z funkcją przygotowawczą. Dwie te funkcje są to wskazówki G90 i G91. G90 obowiązuje tak długo, jak się nie napisze G91 i odwrotnie.
3.1.3. Rodzaj interpolacji
Wskazówki interpolacji są następujące:
G00 = G0 = G - bieg szybki, pozycjonowanie,
G01 = G1 - interpolacja liniowa,
G02 = G2 - interpolacja kołowa zgodna z ruchem wskazówek zegara,
G03 = G3 - interpolacja kołowa przeciwna do ruchu wskazówek zegara,
G0 - bieg szybki służy do pozycjonowania, to znaczy do zajęcia
określonej pozycji bez obróbki; odbywa się z dużą prędkością
zależną dla każdej osi od nastawionej granicy; jest on nie pro-
gramowany,
G1 - interpolacja liniowa,
G2/G3 - interpolacja kołowa; do zaprogramowania drogi kołowej trze-
ba znać: punkt początkowy, punkt końcowy, promień koła lub
położenie punktu środkowego koła, kierunek obrotu łuku koła.
3.1.4. Promień łuku koła
Przy interpolacji kołowej można w bloku programu łuk koła programować jako:
stały (niezmienny promień),
max kąt od 360 stopni (= pełne koło).
Promień łuku koła można, do wyboru, ustalić na dwa różne rodzaje:
podanie punktu środkowego koła przez parametr interpolacyjny,
bezpośrednie programowanie promienia.
Parametr interpolacyjny
Parametr interpolacyjny do współrzędne punktu środkowego koła, odnoszące się do punktu początkowego łuku. Są to w każdym przypadku względne dane wymiarowe, również gdy obowiązuje wymiarowanie absolutne.
Według norm dla osi X parametr interpolacyjny oznaczamy przez I, dla osi Y przez J. Jeżeli przy programowaniu punkt środkowy koła nie jest znany można obliczyć wartości I i J (rysunki).
Podawanie promienia
Jeżeli promień programowanej drogi koła jest znany, można go również bezpośrednio zaprogramować pod adresem P - w mm. Tak najczęściej i najprościej podaje się parametr interpolacyjny.
Przy nieznanym punkcie środkowym koła, dla ustalenia jednoznacznego przebiegu drogi koła, należy jeszcze podać czy jest to łuk większy lub mniejszy od połowy koła.
przy drodze kąta mniejszej lub równej 180 stopni podaje się dodatnią wartość promienia (P…),
przy drodze kąta większej od 180 stopni wartość promienia jest ujemna (P-…).
3.1.8. Drogi przejściowe
NC - program dla obróbki drewna w praktyce częściej jest opisany według modelu niż według dokładnie skonstruowanego rysunku. Dlatego przejściowe linie przy granicy bloku przebiegu krzywych są najczęściej nieciągłe, to znaczy linia i kawałki łuku koła spotykają się nie pod kątem 180°, lecz z pewnym mniejszym lub większym kątem.
Gdy nieciągły przebieg widoczny jest przy obrabianym elemencie - dla przykładu przy owalnej ramie - jakość pracy obniża się. W takim przypadku poleca się narysować przejściowy blok skalowo powiększony i granice bloku przesunąć we właściwe miejsce. Następnie tę narysowaną optymalizację programu opisać dla różnych przejściowych bloków.
3.2. Programowanie prędkości posuwu
3.2.1. Prędkość drogowa
Prędkość posuwu programuje się pod adresem F w mm/min bez miejsc dziesiętnych i zwykle umieszcza się na końcu bloku, np. F8000 = 8000 mm/min = 8 m/min. Jest ona prędkością drogi narzędzia w elemencie obrabianym. Droga, na której istnieje prędkość posuwu jest drogą punktu środkowego freza. Może również być zarysem elementu, ponieważ w praktyce stosuje się najczęściej korektę promienia freza. Oznacza to, że promień freza i tym samym potrzebne wzajemne przesunięcie narzędzia przy sterowaniu są znane i przy obliczaniu drogi automatycznie brane pod uwagę.
Jednoznacznych zaleceń dla ustalenia prędkości posuwu podać nie można, ponieważ zależy ona od wielu czynników (narzędzie, element obrabiany, maszyna itd.). Oprócz tego prędkość posuwu jest ograniczona przez:
największy możliwy posuw maszyny (8…20 m/min),
promień drogi (0,1…0,5 m/min na mm promienia), zależy od dynamiki maszyny i wytrzymałości; przy przekroczeniu występuje błąd drogi,
długość drogi na blok (0,5…2 m/min na mm długości drogi bloku) zależna od sterowania; przy małej długości drogi mogą występować różne ruchy powrotne.
3.2.2. Prędkość przejściowa bloku danych
Zaprogramowana prędkość posuwu pod adresem F może być przestrzegana przez dowolnie wiele bloków tak długo, aż w kolejnym bloku zostanie podana inna prędkość. Wychodząc z tego można, w zależności od zagadnienia obróbki i przebiegu drogi, zmieniać prędkość na granicy między dwoma blokami.
G60 - dokładny stop;
G64 - ruch sterowania drogi;
G62 - ruch sterowania drogi z redukcją na prędkość przejściową bloku;
Każda z tych wskazówek obowiązuje tak długo, aż jedna z nich zmieni obie.
G60 - jest wskazówką podstawową
G60
Przy instrukcji „Dokładny stop” po każdym bloku programu prędkość posuwu jest zahamowana do zatrzymania i przy następnym bloku znów przyspiesza na programowane słowo. Instrukcja ta znajduje zastosowanie przed zagłębieniem i wysuwaniem, przy innych narożach drogi, gdy przy końcu bloku nie ma kontaktu narzędzia z materiałem. „Dokładny stop” jest bez wpływu na zwykłe programowanie automatyczne obowiązujące:
w każdym przebiegu szybkim (G0),
przy sterowaniu wcześniej wybranego rodzaju pracy (ruchu) pojedynczego bloku (każdy blok musi nowo startować),
przed blokiem, w którym droga jazdy nie jest programowana.
G64
Przy ruchu sterowania drogi następuje ciągle przejściowa prędkość od jednego bloku do innego, to znaczy:
stała prędkość pozostaje do końca bloku, gdy w następnym bloku obowiązuje równa lub wyższa prędkość posuwu,
przed końcem bloku zahamowanie, tzn. gdy w następnym bloku obowiązuje prędkość niższa.
Instrukcja G64 znajduje zastosowanie podczas obróbki przy kontuarze elementu (dotykanie materiału) z wyjątkiem naroży drogi. Bezwładność masy ruchomej uniemożliwia najechać, z relatywnie wysoką prędkością, na naroża.
G62
Przy ruchu sterowania drogi z redukowaną prędkością przejściową bloku, przed końcem bloku na ustawioną prędkość zahamowuje i w następnym bloku na zaprogramowaną prędkość przyspiesza. Jest stosowana do obróbki naroży. Prędkość przejściowa bloku jest przez wytwórcę maszyny tak ustawiona, że przy granicy bloku (naroża), normalnie nie powstają „przypalenia” lub wibracje. Funkcja G62 jest utworzona specjalnie dla obróbki drewna.
Początek i koniec pozycji to punkt X70 Y250 Z130, przy czym dolna krawędź freza leży 80 mm wyżej jak górna krawędź elementu.
Drewno dębowe można obrabiać wzdłuż włókien z prędkością posuwu 8 m/min i w poprzek 4,5m/min. Przy 10 mm promienia prędkość posuwu jest ograniczona do 2 m/min.
Dla frezowania wewnętrznego powinno się napisać program wyłącznie w miarach absolutnych (4) i zastosować bezpośrednie programowanie promienia. Po wyborze pozycji wyjściowej, punkt A z dolnym brzegiem freza 2 mm powinien znajdować się nad drewnem.
% 4
N1 G40 D0 G54 G60 G90 M51
N5 G0 X30 Y140 Z52
N10 G1 G64 Y110 Z45 F3000
N20 G62 Y40 F8000
N30 X130 F4500
N40 G64 Y140 F8000
N50 G3 X120 Y150 P10 F2000
N60 G2 X104 Y153.5 P40 F4500
N70 G3 X56 Y153.5 P60
N80 G2 X40 Y150 P40
N90 G3 X30 Y140 P10 F2000
N100 G1 Y110 F8000
N110 G60 Y80 Z52 F3000
N120 G0 X70 Y250 Z130
N130 M30
3.3. Punkty zerowe
Rozróżniamy następujące punkty zerowe: punkt zerowy maszyny, punkt odniesienia, punkt zerowy elementu, punkt zerowy programowany.
Punkt zerowy maszyny (M) jest to ustalony przez wytwórcę maszyny punkt zerowy systemu współrzędnych służący jako punkt wyjścia dla wszystkich punktów zerowych w maszynie.
Punkt odniesienia (R) jest to przez wytwórcę maszyny na stałe ustalony punkt układu współrzędnych, który po włączeniu sterowania służy do normowania systemu pomiarowego. W normalnym przypadku dla osi X i Y punkt zerowy maszyny (M) i punkt odniesienia (R) są identyczne, podczas gdy punkt odniesienia (R) dla osi Z leży na dodatnim końcu osi Z.
Punkt zerowy elementu (W) jest ustalony przez programistę dowolnie tak, że dane wymiarowe są przekazywane możliwie bez przeliczeń prosto z programu. Ułatwia on programowanie.
Punkt zerowy programowany (PO) jest to punkt początkowy programu. Znajduje się on na zewnątrz elementu, aby np. można było przeprowadzić bez przeszkód wymianę elementu lub dokonać zmiany narzędzia.
Różnica między wszystkimi osiami, między punktem zerowym maszyny (M) i punktem zerowym elementu (W), przedstawia się jako przesunięcie punktu zerowego. Wartość tego przesunięcia przy ustawianiu maszyny jest podawana do sterowania.
3.4. Programowanie korekt
Dotychczas w programach podawano drogę punktu środkowego narzędzia. Przy tym nie brano pod uwagę, że narzędzie ma swoje wymiary. Rozróżnia się przez to zarys elementu obrabianego i drogę punktu środkowego freza. Te odchylenia muszą być w programie zrównoważone (skorygowane). Zastosowanie możliwości korekty upraszcza znacznie programowanie i organizację produkcji. Wartość korekty długości i promienia narzędzia oraz wartość przesunięcia punktu zerowego można umieścić w specjalnej pamięci.
3.4.1. Korekta długości narzędzia
Przy programowaniu ruchu zagłębienia musimy zawsze wiedzieć, jak duża jest odległość między dolną krawędzią narzędzia w górnym położeniu spoczynkowym i górną powierzchnią elementu obrabianego. Tę lukę sterowanie automatycznie bierze jednak pod uwagę, gdy:
w programie wybrana jest korekta długości,
wartość długości tej luki jest umieszczona w pamięci korekty sterowania.
Przez zastosowanie korekty długości uzyskuje się następujące korzyści:
przy programowaniu nie musi być znana długość narzędzia i wysokość przyrządu obróbkowego do mocowania,
nie musi się dostosowywać narzędzia odpowiednio do programu,
jest w sposób prosty możliwe automatyczne ustawienie narzędzia przy różnych głębokościach obróbki; wziętą przy sterowaniu wartość korekty można zmienić przez wybór innej pamięci korekty,
podwyższa się trwałość narzędzia, np. można przy obróbce płyt wiórowych z szybszą szlifowaną strefą przesunąć narzędzie w zakresie twardej warstwy wierzchniej przez wybór korekty w innej pamięci.
Ustalenie wartości korekty długości
Przy programowaniu w osi Z najlepiej przyjąć, że w górnym położeniu spoczynkowym dolna krawędź narzędzia dotyka górną krawędź elementu obrabianego. Rzeczywiście istniejąca luka między częścią obrabianą i narzędziem jest to wartość korekty długości.
Jego wielkość przez jazdę osią do dołu do styku z materiałem łatwo ustalić przez wskaźnik wartości rzeczywistej. Ponieważ wartość korekty długości powinna spowodować zawsze dodatkowy ruch do dołu (Z-), jest przewidziana z ujemną cechą.
Dla programowania z tego wynika, że:
zawsze programujemy tylko głębokość narzędzia w materiale,
przy wysuwaniu narzędzia z materiału na określoną odległość na górnym kantem elementu, przy G90 i obowiązującej korekcie długości, tę wartość odległości trzeba doliczać przy górnym Z położeniu spoczynkowym.
Zapamiętanie wartości korekty
Wartość korekty długości można nastawić ręcznie lub za pomocą nośnika danych i wprowadzić do pamięci korekty. Za pomocą odpowiedniego podprogramu można każdorazowo wartość korekty po dojechaniu do górnej powierzchni przedmiotu również przekazać automatycznie. Do gromadzenia wartości korekty służą pamięci D1 do D64.
Wybór korekty
Wywołanie korekty długości następuje każdorazowo na początku programu i po każdym wywołaniu nowego narzędzia. musi przy tym obowiązywać interpolacja liniowa G00 lub G01.
Wybór obejmuje:
podanie pamięci korekty z D1… D64,
informację drogową przez Z… .
Wskazówki dla wyboru korekty długości: N… D… Z…
Dane stoją bezpośrednio jedna za drugą w bloku. Wartość korekty wlicza się przed sterowaniem przy działaniu Z - osi.
Odwołanie korekty
Odwołanie korekty długości następuje każdorazowo przed każdym wywołaniem nowego narzędzia i na końcu programu. Musi przy tym obowiązywać interpolacja liniowa G00 lub G01.
Odwołanie obowiązuje:
kasowanie pamięci korekty za pomocą D0,
informację drogową przez Z…
Wskazówki do odwołania korekty długości: N… D0Z…
Wartość korekty od sterowania jest realizowana przy Z ruchu. Aby uniknąć błędu liczenia, celowe jest przy tym podawanie mary odniesienia.
Przed zmianą płaszczyzny interpolacji należy wybrać i realizować korektę długości.
3.4.2. Korekta promienia narzędzia
Poprzednio, do programowania, brano zawsze drogę punktu środkowego narzędzia. równolegle przebiega kontur elementu o odległości równej promieniu narzędzia. Ta odległość między środkowym punktem drogi narzędzia a konturem elementu jest automatycznie brane pod uwagę przez sterowanie, gdy:
w programie jest zastosowana korekta promienia,
wartość promienia jest umieszczona w pamięci korekty.
Korzyści wynikające z zastosowania korekty promienia są następujące:
bezpośredni programuje się kontur elementu,
następuje automatyczna kompensacja wymiarów ostrzonego narzędzia; nie jest wymagany nowy rysunek, czy też nowy program,
zachodzi automatyczne ustawienie narzędzia między obróbką wstępną a ostateczną.
Zapamiętanie wartości promienia
Wartość promienia ustalona ręcznie lub za pomocą nośnika danych powinna być podana do pamięci korekty. Wartość promienia musi być w tej samej pamięci, co przynależna wartość długości narzędzia.
Wybór korekty
Wybór korekty promienia następuje każdorazowo po wyborze korekty długości na początku programowania i po każdym wywołaniu nowego narzędzia. musi się przy tym stosować interpolację liniową G00 lub G01.
Wybór obejmuje:
podanie kierunku wzajemnego przesunięcia przez G41 dla lewego lub G42 dla prawego (rys.),
podanie pamięci korekty D1 … D64,
informacji drogowej X … i/lub Y…
Wskazówka dla wyboru korekty promienia w wzajemnym przesunięciu lewym N … G41 D … X … Y …
Dane stają bezpośrednio jeden za drugim w bloku. Wzajemne przesunięcie pokrywa się na widoku w kierunku ruchu narzędzia.
N1 G40 D0 G54 G60 G90 M51
N5 G0 Z130
N10 X30 Y10
N20 G91 D1 Z2
N30 G1 G41 Y15 F4000
N40 Y15 Z - 8
N50 Y10 F3000
N60 …
.
.
.
Odwołanie korekty
Odwołanie korekty promienia narzędzi następuje każdorazowo przed odwołaniem korekty jego długości, przed każdym wywołaniem nowego narzędzia, lub/i przy końcu programu. Musi się wtedy stosować interpolację liniową G00 lub G01.
Odwołanie obejmuje:
skasowanie kierunku wzajemnego przesunięcia za pomocą G40,
informację drogową przez X … i/lub Y…
Wskazówka dla odwołania korekty promienia: N… G40 … Y…
Przesunięcie przez sterowanie równomierne przez całą drogę bloku jest realizowane. Przed zmianą płaszczyzny interpolacji lub przesunięcia punktu zerowego należy wybrać i skasować korektę promienia.
3.4.3. Przesunięcie punktu zerowego
Dane geometryczne to wymiary w programie pokrywające się przy wymiarowaniu absolutnym z punktem zerowym maszyny. Przy sporządzaniu programu jest jednak organizacyjnie najprościej, gdy dokładne położenie elementu na stole maszyny nie musi być znane. Można wtedy programować w dowolnie ustalonym punkcie zerowym elementu.
Odległość między punktem zerowym elementu W a punktem zerowym maszyny M nazywa się przesunięciem punktu odniesienia lub przesunięciem punktu zerowego. Wartość tego przesunięcia ustala się w pamięci korekty przesunięcia punktu odniesienia. Przy wywołaniu przesunięcia punktu odniesienia, układ sterowania dodaje tę wartość korekty do wartości programowanej. Rozróżnia się nastawne przesunięcie punktu zerowego i programowane addytywnie przesunięcie punktu zerowego.
3.4.3.1. Nastawne przesunięcie punktu zerowego
Różnica odległości między zerowym punktem maszyny i punktem zerowym elementu przy ustawieniu maszyny, najczęściej w osiach X i Y, jest podana do układu sterowania. Przesunięcie punktu zerowego musi obowiązywać przez określenie wskazówki programu.
Można wybrać od 1 do 4 punktów; przesuwać wg wskazówek od G54 do G57
każda wskazówka pozostaje obowiązująca, aż zostanie napisana inaczej,
wzięcie pod uwagę następuje włącznie w bloku, gdzie jest wskazówka i skoro tylko każdorazowo oś opisana jest od pierwszego razu,
przesunięcie punktu zerowego działa niezależnie od G90/G91,
G54 jest podstawowe;
Jeżeli są np. dwa elementy na stole obrabiarki obrabiane jeden po drugim to mocujemy je równocześnie (rys.). Podczas gdy jeden element jest obrabiany, drugi można po obróbce wymienić. Mierzymy współrzędne obu punktów zerowych i za pomocą wskazówek G54 i G55 wprowadzamy dane do układu sterowania.
8. PROJEKTOWANIE OBRABIAREK STEROWANYCH NUMERYCZNIE
Wytwarzanie w oczekiwanych na rynku dóbr konsumpcyjnych czy też inwestycyjnych musi być oparte na wynikach wcześniejszych analiz, jednoznacznie określających jego potrzeby i to zarówno pod względem asortymentów wytworów, jak i ich właściwości. Kiedyś robił to rzemieślnik, który ze względu na różnorodność swoich umiejętności może być uważany, z dzisiejszego punktu widzenia, za artystę, projektanta, materiałoznawcę, technologa, handlowca, itd. Zgodnie z dzisiejszą terminologią można stwierdzić, że rzemieślnicze wytwarzanie było już wysoko zintegrowanym procesem wytwórczym. Obecnie, podobnie jak dawniej, te same choć znacznie bardziej rozwinięte dziedziny umiejętności i wiedzy są stosowane w procesach wytwarzania. Zmieniły się zaś techniki wytwarzania, rodzaje materiałów oraz różnorodność i skala produkcji. Czynniki te, prócz wysokiej jakości wytworów, krótkiego zazwyczaj czasu przygotowania produkcji oraz ich konkurencyjności na rynku, wymuszają metodologiczne podejście zarówno do całego procesu wytwarzania, jak i do jego poszczególnych składników., do których należy też projektowanie. Projektowanie, które jest ograniczone do działań ściśle inżynierskich, zwłaszcza w budowie maszyn, przyjęto nazywać konstruowaniem.
Samo wytwarzanie, czyli kształtowanie materiału wg opracowanego wcześniej wzoru, jest końcowym efektem i zarazem celem przedsięwzięcia. Złożoność i współzależność poszczególnych sekwencji procesu wytwarzania wymaga metodologicznego podejścia, uwzględniającego wszystkie czynniki warunkujące ekonomiczne i techniczne powodzenie przedsięwzięcia, w tym także działań konstruktora, który kreuje formę, kształt i właściwości użytkowe wytworu, warunkujące spełnienie oczekiwań użytkowników. Istotny jest więc sposób postawienia zadania, nałożone ograniczenia i wymagania, stosowane środki wspomagające poszukiwanie i kształtowanie rozwiązania oraz właściwy dobór kryteriów oceny i wyboru wariantu najlepszego rozwiązania. Wspomniane czynniki decydują nie tylko o efektywności pracy konstruktora, ale przede wszystkim o wyniku jego działań, którym powinien być projekt racjonalnego rozwiązania.
Zupełnie nową jakość w technikach wytwarzania, a więc również i w konstruowaniu, wniósł rozwój mikroelektroniki. Powstała nowa gałąź nauki i techniki, zwana mechatroniką, zajmująca się zagadnieniami nauki i techniki, leżącymi na styku mechaniki i elektroniki. Dotyczy to zarówno stosowania wyposażonych w mikroprocesory urządzeń i systemów wytwórczych, jak również ważne stało się wykorzystanie komputerów w konstruowaniu maszyn i projektowaniu procesów te technologicznych. Wprowadzenie techniki komputerowej umożliwia z jednej strony wzrost efektywności i jakości pracy, z drugiej zaś może przynieść ujemne skutki, tłumiąc twórczą inwencję projektanta. Algorytmizacja i rozwijanie różnych sekwencji procesu konstruowania umożliwiło opracowanie problemowo-zorientowanych oraz zintegrowanych programów określanych wspólnym mianem CAD.
Główne zalety wprowadzenia CAD należy upatrywać m.in. w:
skróceniu czasu konstruowania i opracowania procesu technologicznego,
zmniejszeniu nakładów na modernizację konstrukcji,
zmniejszeniu wydatków na zbieranie, kontrolę i zarządzanie danymi,
wariantowanie rozwiązań konstrukcyjnych,
szybkiej aktualizacji danych,
obniżeniu kosztów opracowania dokumentacji,
umożliwieniu stosowania technik symulacji,
integracji danych geometrycznych do zadań analiz obliczeniowych, symulacyjnych czy też technologicznych.
Szczególnie ważny i przydatny w różnych fazach opracowywania i przygotowania produkcji powinien być spójny opis geometrycznych cech konstrukcji i jej elementów. Gerber podał, że dla elementów wycinanych i profilowanych z blachy można osiągnąć z tego powodu skrócenie czasu konstruowania:
w konstrukcji nowo opracowywanej - 25%,
w konstrukcji modernizowanej - 20%,
w wariantowanie rozwiązania - 25%,
w opracowywaniu projektu - 25%.
Znacznie większe korzyści, wynikające ze stosowania CAD w bardziej złożonym procesie wytwórczym, przedstawił Rapp. Wykazał on, że technika CAD może przynieść zmniejszenie nakładu pracy o około 25% w pracach administracyjnych i aż o 70% w konstruowaniu. Bardziej wymierne efekty można uzyskać za pomocą techniki CAD zintegrowanej z wytwarzaniem. Efekty określone jako różnica jednostkowego czasu wykonania przedmiotu metoda konwencjonalną, na obrabiarce sterowanej numerycznie i po integracji faz procesu projektowo-wytwórczego, przedstawiono na rys.1.1.
Bogata literatura poświęcona systemom CAD i ich zastosowaniu oraz ich różnej konfiguracji i integracji z innymi systemami CAD i CAM wskazuje, że nie ma systemów uniwersalnych. Wynika to przede wszystkim z różnorodności struktury przedsiębiorstw i biur konstrukcyjnych, z różnego profilu produkcji, stosowanych technik wytwarzania i wielu innych czynników.
Za szczególnie złożone i trudne uważa się zadanie konstruowania i wytwarzania obrabiarek i systemów wytwórczych. Właściwości i przeznaczenie tych maszyn, stosowanych do wytwarzania elementów i zespołów innych maszyn, nieraz o bardzo małych tolerancjach wymiarów i kształtu, wymagają szczególnie starannego podejścia do procesu ich konstruowania. Istotnym zagadnieniem jest powiązanie cech użytkowych obrabiarek z kryteriami ich oceny, które nie są tylko kryteriami wytrzymałościowymi, ale przede wszystkim funkcjonalnymi, a zwłaszcza dokładnościowymi. Podstawowym kryterium oceny głównej konstrukcji obrabiarki, rozumianej jako jej układ nośny (mechaniczny układ zapewniający realizację ruchów kształtowania), oprócz ogólnych kryteriów odnoszących się do masy, kosztu i sprawności, jest statyczna i dynamiczna podatność , której pochodną jest dokładność wymiarowo-kształtowa wytwarzanych przedmiotów. Zagadnieniu doboru kryteriów poświęca się coraz więcej uwagi , gdyż jest to jeden z głównych czynników pośrednio wpływających na jakość projektowanych i wytwarzanych obrabiarek. Ranga tego zagadnienia rośnie wraz ze wzrostem wymagań stawianych współczesnym obrabiarkom.
Uzyskanie prognozowanej dokładności wiąże się z koniecznością poniesienia nakładów nie tylko na poszukiwanie nowych materiałów, narzędzi, wydatniejszych i dokładniejszych technologii, ale również na opracowanie nowych konstrukcji obrabiarek, umożliwiających wprowadzenie techniki zintegrowanego wytwarzanie. Jest to jedna z głównych przyczyn znacznego obniżenia kosztów wytwarzania, co już wykazał Rapp [78]. Szczególnie wysoko cenioną cechą współczesnych systemów wytwórczych jest ich elastyczność, a więc łatwe dostosowanie do różnych zadań obróbkowych. Konstrukcyjno-technologiczna struktura takiego systemu jest oparta na wielozadaniowych modułach technologicznych, zbliżonych konstrukcyjnie do centrów obróbkowych. Projektowanie maszyn o modułowej budowie, zestawianych z odpowiednich elementów i zespołów pod konkretne zadania obróbkowe, jest klasycznym zagadnieniem syntezy rozwiązania. Kształtowanie konstrukcyjnego rozwiązania maszyn metodą syntezy i zespołów funkcjonalnych staje się efektywne, gdy zastosuje się narzędzia techniki CAD służące do tworzenia i wykorzystania odpowiednich edytorów graficznych i związanych z nimi baz danych oraz programów do modelowania i analizy własności wariantów rozwiązania. Przyjęte metody i modle analizy, struktura oraz zawartość baz danych muszą być spójne ze sobą, zarówno pod względem metodologicznym ,jak i czysto użytkowym.
Kompleksowe potraktowanie tego zagadnienia może znacznie ułatwić i przyspieszyć proces geometrycznego kształtowania układu konstrukcyjnego obrabiarki (dalej UKO) oraz nadać mu żądane własności i cechy strukturalne zapewniające realizację postawionych zadań obróbkowych.
Z nabytych doświadczeń oraz z bogatej literatury wynika, że za rozwojem technicznych środków wspomagających pracę konstruktora maszyn nie zawsze nadąża rozwój metodologii , dającej podstawy efektywnego ich zastosowania w praktyce, co jest widoczne również w konstruowaniu obrabiarek i systemów wytwórczych. Stosowanie techniki komputerowej wymaga tez uporządkowania, a nawet ujednolicenia metod oraz narzędzi w postaci programów i danych dostępnych z poziomu użytkownika. Tylko wówczas można opracować efektywne algorytmy i programy.
8.1. ZARYS METODOLOGII KONSTRUOWANIA MASZYN
Konstruowanie jako bardzo ważny element procesu wytwórczego zostało zauważone już w XIX wieku, w tzw. epoce wielkich wynalazków. Mimo ogromnego postępu w naukach matematyczno - fizycznych brakowało podstaw umożliwiających poszukiwanie geometrycznej postaci racjonalnego rozwiązania podyktowanego jego własnościami i techniką wytwarzania. Począwszy od roku 1940, kiedy to Kesselring opracował metodę oceny wariantowego rozwiązania na podstawie technicznych i ekonomicznych kryteriów, nastąpił gwałtowny rozwój metodologii projektowania wraz z wydzieleniem struktury i faz typowego procesu projektowo-konstrukcyjnego. Zagadnienie to zostało uporządkowane przez Pahla i Beitza [76], a ich praca stanowi wzorcowe podejście do procesu konstruowania. Autorzy analizują nie tylko sam proces, ale również sposoby jego wspomagania, jak też metody analizy rozwiązań, oceny i wyboru najlepszego wariantu rozwiązania. Metodologia zmienia się jednak wraz z rozwojem technicznych środków wspomagających różne fazy rozwijania konstrukcji i umożliwiających automatyzację rutynowych lub pracochłonnych czynności konstruktora. Nową jakość w pracy konstruktora, a tym samym i w metodologii, wniosły systemy informatyczne zarówno od strony stosowanego sprzętu, jak i związanego z nim oprogramowania.
Charakterystyka procesu projektowo-konstrukcyjnego
Jak już wspomniano, konstruowanie nie jest procesem samym w sobie, ale jest istotnym składnikiem procesu wytwarzania. Istota ta polega nie tylko na tym, że konstruktor nadaje projektowanemu wytworowi cechy użyteczności, jakości i nowoczesności, które powinny odpowiadać gustom i wymaganiom przyszłego użytkownika, ale konstruktor jest też współodpowiedzialny za koszt wytworu. Dowiedziono, że właśnie konstruktor wpływa aż na 70% składników ceny wytworu [7], a to przez dobór materiałów i związanych z tym technik wytwarzania, montażu oraz warunków eksploatacji i konserwacji. Jest to wystarczająco ważny powód, ażeby proces konstruowania uczynić bardziej efektywnym, a wytworowi nadać cechy, jeśli nie optymalne, to przynajmniej racjonalne. W zintegrowanym wytwarzaniu wszystkie fazy procesu muszą być ściśle osadzane, z określoną hierarchią zależności, w harmonogramie techniczno-czasowym. To samo odnosi się też i do konstruowania. Dotyczy to zarówno podziału zakresu prac oraz czynności, jak i stopnia ich automanizacji, co w znacznej mierze wpływa na jakość konstrukcji, głównego celu działań konstruktora. Za Bauerem [6], czynniki te można zestawić jak na rys.2.1.
Między poszczególnymi czynnikami istnieją wzajemne powiązania, których wpływ i skuteczność zależy od stanu technicznego i struktury biura konstrukcyjnego oraz od kwalifikacji personelu i warunków zewnętrznych Wz. Należy dążyć, aby cechy, które można przyporządkować odpowiednim grupom czynników, były na porównywalnym poziomie technicznym. Tylko w tym przypadku można mówić o efektywnym dostosowaniu ogólnej metodologii projektowania do warunków umożliwiających powszechne zastosowanie techniki komputerowej. Autorzy wymienionych już prac skłaniają się do strukturalnego podziału procesu konstruowania uporządkowanego przez Pahla i Beitza [76], który przedstawiono na rys.2.2.
W procesie projektowo-konstrukcyjnym można wyróżnić następujące główne fazy;
01-OZK-OPRACOWANIE ZAŁOŻEŃ KONSTRUKCYJNYCH, będących sparametryzowaną (o ile jest to możliwe) formą listy wymagań i ograniczeń (dalej LWO). Zleceniodawca formułuje zadanie najczęściej w opisowej, ogólnej formie znacznie odbiegającej od pojęć, którymi posługuje się konstruktor.
02-PSF-POSZUKIWANIE STRUKTURY FUNKCJONALNEJ, tj. poszukiwanie i określenie ogólnej funkcji rozwiązania i podrzędnych funkcji cząstkowych umożliwiających spełnienie w wyznaczonych założeniach konstrukcyjnych zadań. W przypadku maszyn są to zazwyczaj kinematyczno-siłowe związki realizowane w poszczególnych grupach konstrukcyjnych.
03-PKR-POSZUKIWANIE KONCEPCJI ROZWIĄZANIA, tj. poszukiwanie takiego układu wielkości fizycznych i związanych z nimi układów materialnych, które zapewnią określoną strukturę funkcjonalną i zrealizują przewidziane w niej funkcje.
04-GFK-GEOMETRYCZNO-FIZYCZNE KSZTAŁTOWANIE, tj. nadanie elementom strukturalnym formy i geometrycznego kształtu elementów maszyn, spełniających określone związki kinematyczno-siłowe zapisane w strukturze funkcjonalnej.
05-AOW-ANALIZA, OCENA I WYBÓR wynikowego wariantu rozwiązania. Są to kroki ściśle związane z poprzednią fazą konstruowania. W zależności od założonych warunków eksploatacji i podanych w założeniach konstrukcyjnych technicznych wskaźników należy: dokonać selekcji możliwych zjawisk fizycznych, określić związki przyczynowo-skutkowe, wybrać adekwatne modele oraz metody umożliwiające obliczeniową analizę własności i poprawna interpretację wyników. Na podstawie przyjętych metod oceny poszczególnym wariantom rozwiązania należy przypisać współczynniki wag, uwzględniając również aspekty wykonawcze i ekonomiczne, i w rezultacie dokonać wyboru najlepszego wariantu rozwiązania.
06-KK-KSZTAŁTOWANIE KOŃCOWE wariantu wynikowego obejmuje uzupełnienie geometrycznej postaci konstrukcji o szczegóły nie mające już wpływu na jej własności, ale istotne z technologicznego, montażowego, estetycznego czy też eksploatacyjnego punktu widzenia.
07-OD-OPRACOWANIE DOKUMENTACJI KONSTRUKCYJNO-TECHNOLOGICZNEJ zawierającej szczegółowe dane o geometrycznej postaci konstrukcji w skali makro i mikro wraz z wymaganiami dotyczącymi tolerancji wykonania, procesu technologicznego, montażowego itp. Dokumentacja , zwłaszcza jej część technologiczna, jest ściśle związana z wytwórzczymi możliwościami zakładu i skalą produkcji.
08-BP-BUDOWA I BADANIE PROTOTYPU - jest to faza stosowana w produkcji seryjnej, a coraz częściej zastępowana przez metody komputerowej symulacji, analizy i oceny konstrukcji. Jeśli jednak podczas normalnej pracy maszyn dominują obciążenia dynamiczne, to nawet do analiz obliczeniowych niezbędne są parametry, które mogą być określone tylko eksperymentalnie i wówczas występuje konieczność budowy i badania prototypu. Często po takich badaniach są wprowadzane tak duże zmiany, że rezygnuje się przyjętej na wstępie koncepcji rozwiązania.
Strukturę procesu konstruowania można też uprościć do trzech makrofaz związanych z czynnościami konstruktora w kreowaniu rozwiązania i projektu, a więc fazy koncypowania, kształtowania i opracowania wariantu wynikowego.
W schemacie na rys.2.2. między poszczególnymi fazami procesu umieszczono, symbolicznie oznaczone znakiem „?”, człony decyzyjne, których logiczna wartość decyduje o dalszym rozwijaniu danej fazy bądź o wstrzymaniu tej drogi rozumowania konstruktora. Tak więc proces projektowo - konstrukcyjny jest hierarchicznie złożonym układem czynności kreatywno - decyzyjnych, wymuszonych określonym układem ograniczeń i kryteriów. Każda decyzja wymaga sklasyfikowania, wyselekcjonowania i porównania odpowiednich wielkości , adekwatnych do fazy projektowania. Uproszczony schemat członu decyzyjnego można przedstawić jak na rys.2.3.
Przejście do kolejnej fazy, kroku czy czynności w procesie konstruowania musi być poprzedzone oszacowaniem zakresu i wagi sformalizowanych i niesformalizowanych informacji będących podstawą do podjęcia decyzji. Trafność podjętej decyzji jest tym większa, im więcej parametrów oraz informacji jest dostępnych w tym ważeniu, ale sam proces decydowania staje się bardziej złożony i pracochłonny. Przyspieszenie i zobiektywizowanie procesu decyzyjnego jest możliwe przez powiązanie kreatywnych faz projektowania z fazami decyzyjnymi, przy wprzęgnięciu w ten proces współczesnych technik przetwarzania informacji. Systemy takie, opracowane do rozwiązywania jeszcze stosunkowo prostych zagadnień technicznych, są już znane i noszą nazwę systemów ekspertowych [70].
Komputerowe wspomaganie w konstruowaniu
Zagadnienie to jest bardzo obszerne i obejmuje różne aspekty wprowadzania techniki komputerowej w graficznym przetwarzaniu, w modelowaniu, analizie i symulacji, w tworzeniu baz danych, baz wiedzy i wielu innych zastosowaniach, których zakres zależy od stanu technicznego i wyposażenia zakładu i biura konstrukcyjnego, a także od profilu produkcji, skali produkcji oraz stosowanych technik wytwarzania. Rozwój zintegrowanych technik wytwarzania i automatyzacji montażu oraz podobieństwo zapisu geometrycznych cech przedmiotu w technice CAD/CAM zmierza do wyeliminowania tradycyjnie pojmowanej dokumentacji w postaci rysunków, na rzecz cyfrowych zbiorów zapisanych na nośnikach pamięci masowej, przeznaczonych do wielokrotnego odczytu lub modyfikacji za pomocą różnych programów użytkowych CAD i CAM. Na jednym stanowisku projektanta można opracować dokumentację konstrukcyjną i technologiczną rozwiązania oraz przygotować programy na obrabiarki NC. Abramovici przeprowadził analizę zastosowań systemów CAD w różnych fazach procesu konstruowania maszyn w przemyśle maszynowym w Niemczech [2]. Analiza dotyczyła 110 systemów CAD, a jej wyniki przedstawiono na rys.2.4.
Spośród tych systemów 59% systemy do grafiki dwuwymiarowej 2D, pozostałe zaś to różnie geometrycznie zorientowane do grafiki 3D (oparte na modelu krawędziowym, powierzchniowym i bryłowym). Zastosowanie systemów CAD ilustruje rys.2.5. Autor podzielił zakres zastosowań na trzy grupy:
systemy 2D i 3D do typowego przetwarzania graficznego,
systemy 3D do modelowania oraz analiz obliczeniowych i symulacyjnych (jako najbliższych kształtem do obiektów rzeczywistych),
własne systemy użytkownika przeznaczone do bardzo specjalistycznych zastosowań, np. optymalizacji określonego zespołu konstrukcyjnego.
Z rys.2.5. wynika też, że komputerowe wspomaganie czynności konstruktora występuje przede wszystkim w fazach kształtowania i opracowywania rozwiązania, a więc w konstruowaniu wariantowym i modernizacji konstrukcji.
Lehmann wskazał również na rosnący zakres zastosowań komputerów wraz z rosnącym stopniem konkretyzacji rozwiązania i postępujących faz procesu konstruowania, począwszy od założeń konstrukcyjnych, a skończywszy na opracowaniu wariantu wynikowego [70]. Inni autorzy również potwierdzają tę tezę [2],[11], odnosząc to przede wszystkim do prac rutynowych, jak obliczenia, rysowanie, korzystanie z baz danych itp. Zupełnie nowym jawi się zagadnienie tworzenia inteligentnych systemów ekspertowych, które oparte na opracowanej problemowo-zorientowanej bazie wiedzy, regułach opisujących zalgorytmizowany przedmiot działań i związanych z nimi procedurach wnioskowania, wspomagają koncepcyjne i decyzyjne czynności projektanta, poszukując najlepszego wariantu rozwiązania [66],[70].
Prosty schemat blokowy takiego systemu, za Krausem [66], zamieszczono na rys.2.6. System składa się z trzech podstawowych modułów:
konwersacyjnego, współpracującego z bazą danych i bazą wiedzy, generującego decyzje na poszczególnych poziomach dialogu,
projektowania analitycznego, generującego funkcjonalne i strukturalne cechy maszyny (maszyna, zespoły, elementy),
projektowania syntetycznego, który na podstawie przyjętej struktury i cech funkcjonalnych generuje rozwiązanie.
Moduł ten powiązany graficznie z pakietem 3D, umożliwia wygenerowanie projektu w postaci odpowiadającej strukturze i zawartości graficznych bibliotek systemu.
Tak pomyślany system ekspertowy ma tę wadę, że nie tworzy rozwiązania, które wykraczałoby poza strukturę i zawartość dołączonych baz danych, wiedzy, oraz tego co nie zostało uwzględnione w regułach wnioskowania modułu konwersacyjnego. Zaletą takich systemów jest ich duża szybkość działania w wariantowej analizie rozwiązywania i optymalizacji problemów rutynowych, np. w projektowaniu technologii.
Przedstawione rozważania można uważać za reprezentatywne w konstruowaniu maszyn, przy czym w zależności od ich budowy, przeznaczenia, warunków pracy i technik wytwarzania mogą wystąpić istotne różnice. Dotyczy to zwłaszcza określenia i zapisu struktury funkcjonalnej, poszukiwania koncepcji rozwiązania oraz wyznaczenia kryteriów oceny, które są ściśle związane z funkcjonalnymi cechami rozwiązania i nałożonymi wymaganiami.
8.2. WSPÓŁCZESNE TENDENCJE W KONSTRUKCJI OBRABIAREK STEROWANYCH NUMERYCZNYCH DO OBRÓBKI DREWNA
Z uwagi na obszerność tematu, poniżej omówiono wybrane przykłady tendencji dotyczących w zasadzie jedno- i wielooperacyjnych (tzw. klasycznych) obrabiarek do drewna stosowanych w przemyśle meblarskim i stolarki budowlanej. Obrabiarki sterowane numerycznie i centra obróbkowe, tworzące często elastyczne systemy produkcyjne zostały już częściowo przedstawione w literaturze [2,3,8] i mogą stanowić przedmiot osobnej publikacji.
Na rys. 1 zilustrowano klasyfikację współczesnych obrabiarek do drewna według pięciu kryteriów. Jako kryteria przyjęto: ogólną budowę, kinematykę układu napędowego, sposób mocowania obrabianego przedmiotu, system sterowania i stopień automatyzacji. Klasyfikacja ta obrazuje rozwój obrabiarek od najprostszych do wysoko zautomatyzowanych obrabiarek VI generacji.
Na rys. 2 zilustrowano podział obrabiarek ze względu na stopień automatyzacji i rodzaj sterowania [9] zaznaczając zakreskowanymi polami najczęściej występujące warianty. Łącząc odpowiednie kolumny pionowe i poziome (rys. 2) możemy tworzyć różne kombinacje obrabiarek według systemu ich sterowania i stopnia automatyzacji. Można w ten sposób zapoczątkować tworzenie kodów (symboli) cyfrowych obrabiarek. Dwie ostatnie kolumny przedstawionego na rys. 2 schematu nie są wypełnione. Są to miejsca rezerwowe, przewidujące dalszy rozwój metod sterowania.
Na marginesie schematów zobrazowanych na rys. 1 i 2 nasuwa się ogólna uwaga, że obecnie występuje pilna potrzeba podjęcia dość szeroko zakrojonych prac zmierzających do nowelizacji norm stanowiących o nazewnictwie i symbolice obrabiarek do drewna np. PN-63/D-01003 Maszynowa i ręczna obróbka drewna. Podział, nazwy i określenia. Są to już bardzo stare normy, które nie pasują do współczesnej techniki i norm europejskich.
KORPUSY I STOŁY MASZYN
Jak ogólnie wiadomo, przemysł obrabiarek do drewna, mimo ostatnio obserwowanego wyraźnego rozwoju, nie jest w porównaniu z przemysłem maszynowym na tyle silny, by pozwolić sobie na wykonawstwo tradycyjnych odlewanych korpusów żeliwnych lub staliwnych. Korpusy takie, w dotychczasowym ujęciu, uznane zostały za najlepsze. Przemysł obrabiarek do drewna musi z konieczności liczyć na kooperację z przemysłem ciężkim czy maszynowym, co powoduje wzrost kosztów i inne problemy, np. organizacyjne. Dlatego też od pewnego czasu producenci obrabiarek do drewna zaczęli stosować wykonywane we własnym zakresie korpusy spawane ze stalowych blach, płyt, profili itp. Można przyjąć, że takie korpusy są do przyjęcia w małych, nieprofesjonalnych obrabiarkach przeznaczonych głównie dla tzw. majsterkowiczów. Jeśli chodzi jednak o maszyny przemysłowe, którym stawia się coraz większe wymagania dotyczące dokładności obróbki, maksymalnego ograniczenia drgań i wynikającego z tego ograniczenia podniesienia trwałości mechanizmów (głównie ułożyskowań), korpus taki nie spełnia należycie swych podstawowych zadań, gdyż nie gwarantuje wystarczającej sztywności, nie jest stabilny, nie tłumi drgań, a wręcz przeciwnie - wykazuje drgania samowzbudne. Skutecznym rozwiązaniem tego problemu stało się stosowanie korpusów, których wolne przestrzenie wypełnione są specjalną masą zwaną betonem żywicznym lub polimerobetonem [3,5,7]. Stosowane są tutaj różne kombinacje mineralno-żywiczne. Właściwości techniczne polskiego betonu epoksydowego zestawiono w tabeli 1.
Czołowe firmy zachodnie stosują od dawna korpusy spawane, wypełnione polimerobetonem. Okazało się, że takie korpusy spełniają wszelkie warunki dla obrabiarek CNC i centrów obróbkowych, gdzie wymagania dotyczące sztywności, stabilności, odporności na drgania itp. są, jak wiadomo, bardzo wysokie. Schematycznie przedstawione przykłady korpusów obrabiarek do drewna, zilustrowano na rys. 3.
Wypełnione polimerobetonem wykorzystuje się niekiedy również w przypadku tradycyjnych korpusów żeliwnych. Stosują to np. firmy niemieckie przy modernizacji klasycznych frezarek górnowrzecionowych I generacji, polegającej na wprowadzeniu sterowania numerycznego. Chcąc maksymalnie ograniczyć spawanie, przy którym mogą wystąpić niekorzystne naprężenia, niektóre firmy np. IMA [3] stosują zaginanie blach w korpusach centrów obróbkowych dochodzących do 6 metrów długości. Przykład taki ilustruje rys. 4.
W Katedrze Obrabiarek i Urządzeń Przemysłowych A.R. w Poznaniu wykonano cykl prac [5] dotyczących zastosowania polimerobetonu do konstrukcji stołów, podpór łożyskowych, pokryw i innych zespołów obrabiarek do drewna. Rys. 5 ilustruje skuteczność wytłumienia hałasu przez warstwy polimerobetonu nałożonego na występujące w obrabiarkach pokrywy. Z przedstawionego na rys. 5 wykresu widać, że najlepsze efekty wśród różnych sposobów naniesienia daje zastosowanie polimerobetonowego „plastra” usytuowanego w środkowej części pokrywy (rys. 5e).
PROWADNICE I UŁOŻYSKOWANIA
Warunki jakie stawia się we współczesnych obrabiarkach do drewna prowadnicom, współpracującym z nimi saniom oraz innym mechanizmom służącym do wykonywania wszelkiego rodzaju ruchów, ze szczególnym uwzględnieniem ruchów służących do pozycjonowania suportów, stołów itp. i ruchów posuwowych roboczych [1,8], można ogólnie ująć następująco:
wysoka dokładność wykonania, gwarantująca praktycznie bezluzowe ruchy (przeważnie prostoliniowe) przesuwających się części,
swobodne, z możliwie małymi oporami, przesuwy przeważnie na odległościach większych niż w starszych obrabiarkach,
prostota obsługi (np. smarowanie) i regeneracji oraz związana z tym wysoka trwałość podczas intensywnego użytkowania.
Spełnienie tych warunków, szczególnie w obrabiarkach o numerycznych systemach sterowania, jest niemożliwe przez rozwiązania stosowane tradycyjnie w obrabiarkach do drewna. Można tu wymienić np. prowadnice trapezowe z możliwością kompensacji luzu, śruby z nakrętką ślizgową czy prowadnice rurowe i współpracujące z nimi wszelkiego rodzaju tzw. „wózki”. Rozwiązania te zostały zastąpione głównie przez:
śruby toczne,
prowadnice i sanie toczne (kulkowe i rolkowe),
prowadnice z nakładkami (wykładzinami ) plastikowymi.
Przykłady współczesnych rozwiązań prowadnic kulkowych przedstawia rys. 6.
Należy zwrócić uwagę na fakt, że konstrukcje te stosowane nie tylko w obrabiarkach CNC i centrach obróbkowych, ale również spotkać je można w klasycznych obrabiarkach stolarskich z posuwem i sterowaniem ręcznym (np. pilarki tarczowe uniwersalne - rys. 7). Zestawienie sprawności śruby tocznej (kulkowej) w porównaniu z tradycyjną śrubą ślizgową, zilustrowano na rys. 8. Należy zwrócić uwagę na to, że w prowadnicach kulkowych występuje dość niekorzystny styk punktowy, który może powodować przedwczesne zużycie prowadnic. Dlatego niektóre firmy (np. SCM - rys. 7) stosują kształt bieżni dopasowany do kulek. Skuteczniejszym rozwiązaniem jest jednak zastosowanie prowadnic rolkowych, w których występuje korzystniejszy styk liniowy. Jest ono obecnie szeroko stosowane przez renomowane firmy. Przykład rolkowego bloku tocznego przedstawiono na rys. 9.
Dla przesuwów sterowanych ręcznie dobrym rozwiązaniem są żeliwne prowadnice ślizgowe z nakładkami plastikowymi. Zmiany współczynnika tarcia, wynikłe z zastosowania takiego rozwiązania, obrazuje wykres na rys. 10. Z wykresu tego widać, że w miarę wzrostu prędkości przesuwu (ślizgania) maleje wpływ nakładek plastikowych na zmniejszenie współczynnika tarcia.
Najnowszym, aczkolwiek jeszcze rzadko spotykanym rozwiązaniem, jest stosowanie ceramicznych prowadnic i elementów tocznych (np. kulek) smarowanych wodą. Jest ono bardzo trwałe i wygodne w eksploatacji.
INNE ROZWIĄZANIA
Poniżej zaprezentowano wybrane, zasługujące na uwagę, najnowsze tendencje i ciekawsze rozwiązania w zakresie obrabiarek klasycznych. Generalnie można stwierdzić, że ze względu na ciągle rosnące wymagania dotyczące jakości obróbki, jej wydajności i bezpieczeństwa pracy, obserwuje się dążność do maksymalnego zastosowania rozwiązań już powszechnie spotykanych w obrabiarkach wyższych generacji (rys. 1), tzn. w maszynach CNC i centrach obróbkowych. W podstawowych grupach obrabiarek możemy więc odnotować następujące nowości:
w wyrówniarkach:
cyfrowy wskaźnik grubości skrawanej warstwy,
stoły wyłożone polimerobetonem,
skośne ustawianie wału nożowego (do 5% w stosunku do wektora posuwu),
w grubiarkach:
cztery, w miejsce dotychczasowych dwóch, mechanizmy śrubowe służące do podnoszenia i opuszczania stołu, przy czym zastosowane są tu śruby toczne,
dwa tylne walce posuwowe, zamiast jednego - jak dotychczas, które usprawniają posuw materiału poprzez ograniczenie poślizgu,
w frezarkach dolnowrzecionowych:
mechaniczne podnoszenie i opuszczanie suportu wrzecionowego z zastosowaniem śrub tocznych,
wychylność wrzeciona w dwóch płaszczyznach, zwiększająca liczbę stopni swobody wrzeciona wraz z narzędziem, co daje większe możliwości jednemu, prostemu narzędziu; zwiększa jego uniwersalność i częściowo eliminuje konieczność wykonywania przyrządów,
zrezygnowanie z tradycyjnego, wymiennego trzpienia wstawnego na rzecz mocowań narzędzi stosowanych w obrabiarkach CNC; rozwiązanie to umożliwia szybką wymianę narzędzi (bez pracochłonnego mocowania przy użyciu nakrętki różnicowej) a różnica w porównaniu z maszyną CNC jest jedynie taka, że wymiana narzędzi nie jest tu zautomatyzowana, realizuje ją człowiek,
zmechanizowany przesuw prowadnic materiału.
Z innych rozwiązań stosowanych w różnych obrabiarkach (np. strugarkach czterostronnych, wiertarkach, dłutarkach, szlifierkach i innych) oprócz wymienionych powyżej przykładów, można jeszcze przytoczyć następujące.
Tendencja do koncentracji obróbki w jednym zamocowaniu obrabianego przedmiotu, jako podstawowego warunku wysokiej dokładności obróbki. Prowadzi to do przechodzenia z obrabiarek jednooperacyjnych do wielooperacyjnych z magazynami narzędzi.
Nowoczesne metody hamowania mas poprzez stosowanie elektromechanicznych hamulców wbudowanych w układy napędów głównych. Hamulce te są sterowane elektrycznie w miejsce dotychczas stosowanych (i często niesprawnych) rękojeści, pedałów itp.
Wbudowanie nowoczesnych czujników sygnalizujących stan techniczny maszyny (temperatura, ciśnienie powietrza i oleju, wartość siły itp.). Pozwala to na szybkie sygnalizowanie stanu awaryjnego i jest często połączone z automatyczną blokadą maszyny w przypadku takiego stanu.
Stosowanie w szerokim zakresie urządzeń dodatkowych (oprzyrządowania standardowego) jak dociski lub wiarygodne lub ergonomiczne urządzenia pomiarowe.
Wykorzystywanie w szerszym zakresie łożysk rolkowych zamiast kulkowych łożysk wzdłużnych, bardziej kłopotliwych, jeśli chodzi o regulację i kasowanie luzów. Porównanie tych dwóch rozwiązań w odniesieniu do łożysk śruby tocznej przedstawia rys. 11. Zastosowanie tulei dystansowej (rys. 11b) w przypadku łożysk rolkowych umożliwia kasowanie luzu poosiowego poprzez szlifowanie tej tulei z zachowaniem ciągłego napięcia pierścieni zaciskowych. W łożyskach kulkowych wzdłużnych (rys. 11a) kasowanie luzu odbywa się tylko przez dokręcenie nakrętki, bez wywierania napięcia, co sprawia, że po krótkim okresie pracy luz pojawia się ponownie i łożyskowanie to jest mało trwałe.
Próby stosowania nowych rozwiązań napędów. Przykładem może być tu segmentowy pas klinowy , który ilustruje rys. 12. Jest on bardzo prosty w montażu i eksploatacji poprzez szybkie łączenie i rozłączanie lub wymianę segmentów w przypadku zużycia. Jest on produkowany w postaci długich odcinków, które można, zależnie od potrzeb, łączyć w dowolne zamknięte obwody.
Na koniec rozważań dotyczących wybranych przykładów nowoczesnych rozwiązań w obrabiarkach klasycznych, należy wspomnieć o coraz częściej stosowanym sterowaniu adaptacyjnym. Sterowanie to wykorzystuje związki pomiędzy czynnikami energetycznymi (np. siły, moce, momenty itp.) a takimi parametrami jak prędkości skrawania i posuwu, grubości skrawanych warstw itp. W obrabiarkach do drewna jest to sterowanie kryterialne. Przyjmuje się jedno z kryteriów np. jakość obróbki lub maksymalne wykorzystanie mocy jako kryterium optymalizujące, według którego automatycznie dopasowywane są (w trakcie procesu obróbki) inne parametry np. prędkość posuwu. W Polsce znane są badania nad zastosowaniem sterowania adaptacyjnego do grubiarek [4]. Na rys. 13 przedstawiono schemat połączenia sterowania adaptacyjnego (AC) z numerycznym (NC) w odniesieniu do tokarki. System polega na tym (rys. 13), że prędkość posuwu Px jest na bieżąco korygowana tak, by wystąpiła najmniejsza siła Py i najmniejsze odkształcenie wrzeciona Δy. Korzyścią płynącą z zastosowania sterowania adaptacyjnego jest w tym przypadku utrzymanie stałej, wysokiej jakości obróbki i zwiększenie trwałości ułożyskowania wrzeciona.
WNIOSKI
WYKAZ LITERATURY
ZAŁĄCZNIKI
(DTM-9/1995, str.10 )- wszystko o maszynach CNC
Jeśli zapotrzebowanie i uniwersalność przekraczają możliwości maszyn stacjonarnych, producenci coraz częściej decydują się na kupno maszyn numerycznie sterowanych CNC, gdzie przebieg pracy odbywa się automatycznie. Poprzez dalszy rozwój frezarek górnowrzecionowych powstały właśnie obrabiarki numerycznie sterowane nazywane również jako centra obróbcze. Za jednym zamocowaniem materiału jest możliwa kompleksowa obróbka tj. cięcie gabarytowe, frezowanie, profilowanie, wiercenie pojedynczych otworów czy całych rzędów, a także szlifowanie czy oklejanie wąskich krawędzi, w niektórych bardziej rozbudowanych obrabiarkach CNC.
Na przykład frezowanie jakiegoś kształtowego elementu, który musi być wielokrotnie powielany możliwe jest do wykonania w trzech technologiach: - prowadzenie obrabianego materiału po wcześniej wykonanym szablonie, czyli prowadzenie mechaniczne, - prowadzenie optycznie sterowanej maszyny to metoda optyczno-elektronicznego odczytu linii zaznaczonego konturu obrabianego materiału, gdzie odczyt ten przekazywany Jest zazwyczaj do maszyny sterując stołem krzyżowym, - przypadku maszyn numerycznie sterowanych potrzebna informacja o kształcie i ruchach części maszyny przekazywana jest w postaci cyfr jako kod dla Jej sterownika. Największą zaletą tego sytemu jest to, że kodowana jest nie tylko informacja o kształcie obrabianego materiału, lecz wszystkie dalsze dane potrzebne do wykonania tej czynności np. prędkość posuwu, kierunek, ilość obrotów, informacje o narzędziu i wiele innych bardzo istotnych parametrów. Dzisiejszy rynek stawia indywidualne wymagania ukierunkowane pod życzenia klienta, co oznacza dokładność i powtarzalność wymiarów od pierwszej do ostatniej sztuki nawet w przypadku krótkotrwałego przerwania produkcji i wykonania innego bardzo pilnego zamówienia. Nawet ostatnio kierunek w produkcji mebli czy innych elementów na indywidualne zamówienia spowodował w wielu zakładach reorganizację w halach maszynowych uniwersalność jest tu podstawowym wymaganiem. Pod tym kierunkiem producenci maszyn starają się realizować całkowitą obróbkę materiału za jednym zamocowaniem niezależnie od tego czy jest to lite drewno, czy płyta MDF lub wiórowa. Produkowane jest tylko to co się sprzedaje i mało firm pozwala sobie na magazynowanie gotowych wyrobów.
Technika maszyn na przeciągu ostatnich lat znacznie się zmieniła, można by nawet powiedzieć, że w ostatnich miesiącach wiele firm usprawnia swe maszyny czyniąc Je bardziej dostępne nawet dla normalnych rzemieślników. Biorąc pod uwagę fakt, że największa grupa maszyn CNC mieści się w przedziale cenowym od 200 do 300 tyś. DM około 40% wszystkich maszyn, a średnia powierzchnia maszyny to 3m2 daje to cenę około 67 tyś. DM za m2. Kolejną grupą maszyn to klasa do 200 tyś. DM, która zawiera około 30% ogólnego udziału rynkowego maszyn. Pozostała grupa to maszyny w klasie cenowej od 300 do 500 tyś. DM i powyżej zajmująca pozostałe 30% rynkowego udziału maszyn CNC. Dla nas najważniejszą w tej chwili będzie klasa maszyn do 200 tyś. DM z paru podstawowych względów, z czego najważniejszą jest chyba cena, która odgrywa dla wielu firm podstawową rolę.
Małe centrum obróbcze firmy KEUSCH - Tiger Specjalnie dla potrzeb małych zakładów rzemieślniczych firma KEUSCH dopasowała małe centrum obróbcze „Tiger". Maszyna ta zbudowana jest modułowo i może być rozbudowana do takiego stopnia na ile wymaga tego klient. Producent zastosował tu sprawdzony system prowadzenia materiału w osi X, czyli stół maszyny. Natomiast osie Y i Z to prowadzenie narzędzia obrabiającego. Dzięki zastosowaniu składanych bocznych stołów maszyny do obróbki małych elementów, zajmuje ona bardzo małą powierzchnię pomimo tego obrabiany materiał może mieć wymiary 2500 x 650 (1300) mm. Przy zastosowaniu napędu o mocy od 1,5 do 4 kW i magazynku na narzędzia o pojemności 8 sztuk mogą być wykonane wszystkie prace typu: pojedyncze lub grupowe wiercenia, frezowanie, wykonywanie rowków i piłowanie lub formatowanie. Cały sterownik maszyny to Bosch 120 CC, który wykorzystuje dane wprowadzone z komputera PC (biurowego) lub własnego programu, który jest wyjątkowo prosty w obsłudze i funkcjonalny. Wyjątkową maszyną CNC jest Trima BFM 250/80 produkcji firmy niemieckiej z Turyngii, gdzie dominuje precyzja i niemiecka dokładność oraz indywidualne dopasowanie każdej maszyny dla potrzeb klienta. Wprawdzie wygląd zewnętrzny jest w pew- nym stopniu dosyć prosty, ale za to maszyna posiada wiele funkcji, których nawet nie posiadają, niektóre maszyny w wyższej grupie cenowej np. napęd wrzeciona o mocy 7,5 kW dający obroty do 24 000 na minutę. Magazynek narzędziowy nie Jest umieszczony w bramie maszyny, lecz obok dużego stołu roboczego o wymiarach 2800 x 1100 mm. Firma proponuje budowę maszyny i wyposażenie dowolnie według zapotrzebowań klienta zachowując jednak przy tym pewne kryteria podstawowej budowy.
Centrum obróbcze do wiercenia i wykonywania rowków
Odpowiedzią na zapotrzebowanie rynku zrzeszenie handlu maszyn EUMACOP, zaproponowało numeryczną obrabiarkę do wiercenia i wykonywania rowków piłką. Maszyna, na którą stać wiele małych zakładów pozwala zaszeregować Eumaspe-ed 14-8 do maszyn w najniższej grupie cenowej, a zarazem bardzo wydajnych. Wykonanie wszystkich możliwych wierceń typu konstrukcyjnych, rzędowych czy pod okucia meblowe to tylko kwestia prostego programowania i wszystkie te otwory mogą być wykonane za jednym zamocowaniem materiału. Proces obróbczy następuje samoczynnie według wcześniejszego zaprogramowania na oddzielnym pulpicie sterującym maszyny. Każdy otwór wykonany jest bez jakiegokolwiek szablonu czy liniału, precyzyjnie i szybko bez wymiany narzędzi. Podobnie wykonanie rowków czy nacięć odbywa się automatycznie według wcześniej zaprogramowanego toru prowadzenia piłki, graficznie zobrazowanego na ekranie monitora. Wszystkie wykonane operacje zapamiętane są przez komputer maszyny i możliwe do powtórzenia w każdym czasie. Dodatkową zaletą Jest to, że podczas obróbki jednego elementu można programować już zakres pracy na następnym elemencie. System sterowania wyłapuje samoczynnie wszystkie błędy operatora czy programowania i wskazuje je natychmiast na ekranie maszyny.
EMCO - technika CNC dla stolarzy
Przedstawiona przed dwoma laty po raz pierwszy obrabiarka numeryczna DC 70 w międzyczasie została Już wielokrotnie usprawniona. Do jej podstawowych czynności należy: wykonywanie rowków, cięcie gabarytowe, wiercenie i prawie wszystkie operacje frezowania. Jako ostatnie usprawnienie to możliwość automatycznej wymiany wrzeciona wiertarskiego na wrzeciono do wiercenia pod zawiasy. Oznacza to, że maszyna ta jest pod wieloma względami bardzo interesująca dla wielu zakładów rzemieślniczych wykonujących prace na indywidualne zlecenia, gdzie wymagana jest bardzo wysoka precyzja i szybkość wykonywanych operacji. Proste programowanie maszyny odbywa się bezpośrednio na jej pulpicie sterującym, gdzie operator może krok po kroku wpisywać poszczególne operacje podobnie jak wypełnianie formularza. Po odpowiednim wykonaniu tych operacji maszyna zapamiętuje wszystkie wprowadzone dane co szczególnie przydatne jest przy powtórnych zleceniach. Wartym odnotowania faktem jest to, że komputer maszyny wspomaga także użytkownika w tym sensie, że potrafi mu podpowiedzieć miejsce i ilość potrzebnych do użycia okuć meblowych, rozmieszczenie kołków do połączeń czy miejscowe wstawienia złączek meblowych. Kolejną interesującą maszyną z firmy EMCO jest MC 90, przydatną dla firm wykonujących zlecenia większych serii na zamówienie np. fronty meblowe, fronty do głośników i setki innych możliwości elementów frezowanych. Maszyna ta może być wyposażona w jedno lub dwa wrzeciona frezujące i magazynek narzędzi. Posiada całkowicie zamkniętą obudowę chroniącą operatora przed kurzem czy hałasem, a tym samym jest maszyną bezpieczną.
Jonsdorf JBU wraz z frezowaniem
Proponowany przez firmę Jonsdorf automat sterowany numerycznie do wykonywania wszystkich wierceń został zmodernizowany o dodatkową czynność, która jest być może jedną z najważniejszych, a mianowicie frezowanie. Pod nową nazwą JBU 20/07 maszyna ta wyposażona Jest w pojedynczo dostępne wrzeciona wiertarskie, wrzeciono wraz z piłą do wykonywania cięć lub rowków oraz agregat frezujący. Zamontowane na stałym uchwycie różne wrzeciona wiertarskie przystosowane są do wykonywania różnego typu wierceń. Poza tym, maszyna może wykonywać w osi X/Y cięcia piłką lub rowki. Agregat frezujący o mocy 2,2 kW zdolny jest wykonać prawie wszystkie operacje frezowania także w osiach X/Y. Stabilna konstrukcja podstawy i kompaktowa budowa zapewniają wysoką precyzję wykonywanych prac. Wszystkie ruchy suportu maszyny praż odbywają się po sprawdzonym przez lata systemie prowadnic kulkowych. Dodatkowym wyposażeniem są specjalne programy umożliwiające użytkownikowi prowadzenie bazy danych o narzędziach stosowanych na tej maszynie oraz program wspomagający.
Na stole maszyny znajduje się sześć swobodnie ustawianych belek mocujących materiał do obróbki, z czego każda wyposażona jest we dwie przyssawki podciśnieniowe. Po ustawieniu materiału samoczynnie opuszczają się liniały bazujące materiał.
Maszyna jest przystosowana do wszelkiego typu prac i posiada możliwość oddzielnej pracy na lewej i prawej części stołu roboczego, co czyni ją dodatkowo uniwersalną w zastosowaniu pracy seryjnej oraz wykonywaniu pojedynczych zleceń.
Przyssawki
Przyssawki łączą się bezpośrednio z prętami nośnymi. Poruszają się one gładko wzdłuż prętów, bez przeszkód ze strony przewodów próżniowych, gdyż przewody podciśnieniowe są wbudowane bezpośrednio w te pręty.
Pręty zamontowane są na prowadnicach pryzmowych i szynach z tocznymi śrubami pociągowymi. Tego rodzaju konstrukcja zapewnia sztywność maszyny jedno-osiowej i gwarantuje dokładne wykończenie o wysokiej jakości wszystkich części obrabianych.
Wciągane referencyjne ograniczniki ruchu (zderzaki) można zamocować w dowolnym punkcie stołu roboczego, co ogromnie ułatwia programowanie. Napędzany przenośnik, pracujący pomiędzy nieruchomym stołem a przyssawkami zapewnia szybkie i skuteczne usuwanie wiórów i trocin.
Duża szybkość, gwałtowne przyspieszenie, ogromna wytrzymałość konstrukcji, pełny zakres operacji skrawania i łatwa zmiana oprzyrządowania - wszystko to sprawia, że obrabiarka jest sterowanym numerycznie za pomocą komputera centrum obróbczym do drewna, materiałów drewnopochodnych, tworzyw sztucznych i lekkich stopów.
CNC - WIĘCEJ TECHNIKI
GAMMA 2 centrum obróbcze CNC sterowane w dwóch osiach
GAMMA 2 firmy SCHLEICHER (D) proponuje to co według producenta potrzebują małe i średnie zakłady rzemieślnicze. Możliwość wyposażenia maszyny w zróżnicowane agregaty obróbcze dopasowane do potrzeb użytkownika tej maszyny spełniające wszystkie jego indywidualne wymagania.
Materiały w postaci płyt czy elementy z litego drewna o wymiarach do 2100 mm długości i 700 mm szerokości mogą być swobodnie obrabiane bez zmiany czy przesunięcia elementu. Zastosowanie do 10-ciu głowic wiertarskich w pionie z czego 5 służy tylko do wykonywania otworów rzędowych. Dalej istnieje możliwość zastosowania do 3 poziomych głowic wiertarskich oraz jednego agregatu z piłką do wykonywania rowków lub gabarytowania materiału. Jako sterowanie pracy konturowej, które jest proponowane przez producenta seryjnie w wyposażeniu maszyny istnieje możliwość frezowania w dwu osiach X/Y zarówno prostych linii jak i skomplikowanych kształtów. Dzięki temu wyposażeniu maszyna ta może nawet konkurować z obrabiarkami większej klasy. Pamięć maszyny to twardy dysk o pojemności 80 MB i stacja dyskietek 3,5” co umożliwia przygotowania i programowanie na komputerze biurowym w oddzielnym pomieszczeniu. Programowanie jest wsparte graficznie przez co też bardzo wygodne i proste w użyciu.
3.1. Zastosowanie nowych technik w drzewnictwie
W ostatnich latach obserwujemy zdominowanie rozwoju maszyn i urządzeń do obróbki drewna przez wprowadzanie elektroniki do kontroli i sterowania numerycznego NC i CNC. Z tego powodu czas produkcji, czas nieprodukcyjny jak i czas przygotowawczy mogły być mocno zredukowane. Jeżeli przegląda się ostatnie oferty firm oraz prezentacje na targach i wystawach to zauważyć można wiele nowych maszyn, które pracują pod pełną kontrolą komputera. Jest to w tej chwili dominująca technika obróbki, ale jest kilka technologii, które mają znaczenie przyszłościowe.
3.1.1. Elastyczne maszyny i systemy produkcji do całościowej obróbki drewna
Producenci maszyn już oferują elastyczne systemy produkcji dla różnych technik wytwarzania. W przeciwieństwie do maszyn konwencjonalnych w których obrabiane elementy przemieszczają się względem obrabiarek i narzędzi, w nowych gniazdach czy centrach obróbczych elementy obrabiane są mocowane do stołu a wrzeciona wykonują ruch względem obrabianego przedmiotu. Głowica maszyny obrabiającej element piłując, wiercąc, frezując, klejąc, oklejając wykonuje wszystkie czynności obróbcze przy jednym mocowaniu elementu, często jednocześnie. Dobrymi stronami elastycznego systemu są krótsze czasy obróbki, dużo niższe koszty logistyczne i kontroli jakości międzyoperacyjnej, a także magazynowania pośredniego elementów produkcyjnych. System ten umożliwia również możliwość obróbki delikatnych części, które nie nadają się do transportu na liniach transportowych.
Technika ta prowadzi do kompletnej obróbki w jednym gnieździe poprzez elastyczność obróbki. Większość z tych obrabiarek pracuje w 3-ch osiach będąc sterowana i kontrolowana przez programy komputerowe. Programowanie tych obrabiarek może być wykonywane z pomocą popularnych programów komputerowych najczęściej systemów graficznych interaktywnych w 2 1/2 rozmiarach drogi. Ale optymalizacja technologii za pomocy CNC nie jest jeszcze w pełni doskonała /opóźnia się w rozwoju/. Składniki konturowe elementów mogą być obrabiane aż do 5 poziomów. Dla tej technologii wytwarzania powinny zostać opracowane modele skrawania dla specyficznych wymagań materiałowych oraz graficznych systemów programowania. Na tym polu obróbka drewna jest spóźniona w stosunku do innych dziedzin używających obróbki skrawaniem do kształtowania wyrobów.
Produktywność czasu pracy obrabiarek okazała się wzrastać w ten sam sposób jak i cały czas produkcyjny. Dzięki rozwojowi nowych materiałów tnących używanych na narzędzia /węgliki, polikrystaliczny diament itp./ stało się możliwe zwiększyć również czas pracy narzędzia aż do granic przepustowości całego gniazda obróbczego /maks. prędkości skrawania wrzecion, czasu wymiany elementów obrabianych itp./.
3. 1.2. Optymalizacja obróbki poprzez wysokie prędkości cięcia
Obecnie kilka prac wykonywanych w IFW w Brunszwiku zajmuje się maksymalnymi granicami do których może być prowadzone skrawanie drewna litego i płyt wiórowych i MDF. Pierwsze rezultaty frezowania powierzchni drewna litego oraz płyty MDF przedstawiano na kolokwium poświęconym wysokojakościowemu frezowaniu drewna w Bielefeld w 1992 roku. rys. 2.
Pokazuje on, że przy prędkości obrotowej wynoszącej około 60.000 obr./min. może być osiągnięta zadawalająca jakość powierzchni a nawet lepsza aniżeli przy prędkościach stosowanych konwencjonalnie. Rysunek jest reprezentatywną ilustracją rezultatów osiągniętych przy frezowaniu nieulepszonej powierzchniowo płyty MDF narzędziem jednoostrzowym o średnicy 24 mm. Po frezowaniu na długości ok. 1000 m średni kontur nierówności powierzchni został osiągnięty. Chropowatość powierzchni, jej włoknistość oraz zużycie narzędzia byty znacznie polepszone w stosunku do powierzchni obrabianych przy mniejszych prędkościach.
Badania te wykazały, że obróbka wysokimi prędkościami narzędzi jest niezwykle obiecująca. Umożliwia to jednoczesny wzrost prędkości posuwu od 2-4 razy jak i równoczesną obniżkę wartości sił skrawania. Obniża się również termiczne obciążenie narzędzi skrawających. Wszystko to razem może zredukować koszty produkcji aż o 50%.
Wiadomo jednak, że wprowadzając nową technologię spotykamy zwykle nowe ograniczenia. W tym przypadku są to problemy z: narzędziami, które wymagają nadzwyczaj dobrego wyważenia jak również pewnych mocowań oraz odpowiedniego łożyskowania wrzecion. Z punktu widzenia konstrukcji wiele maszyn nie nadaje się do pracy z takimi prędkościami. Sztywność całego układu, jak i problemy dynamiczne są zwykle niewystarczająco rozwiązane.
Stąd obrabiarka aby mogła pracować z tak dużymi prędkościami musi być na nowo zaprojektowana. Prowadzi to do wzrostu kosztów przy uruchamianiu produkcji - brak możliwości oparcia się o wcześniejsze rozwiązania, a tym samym do podrożenia wyposażenia zakładów w urządzenia i narzędzia produkcyjne.
5.2. Obniżenie zużycia skrawającego ostrzy
Zużycie pił w największym stopniu zależy od twardości ostoi. Stal na brzeszczoty pił winien posiadać twardość (46-08 Rc), wysoką udarność nie ulegać deformacji lub pęknięciom pozwalający uzyskiwać równą powierzchnię i elastyczność powierzchni. Zęby pił taśmowych winny być zgrubione. Formowanie zgrubianych zębów jest do tej pory szeroko stosowane.
Innymi metodami pozwalającymi zwiększyć długotrwałość pracy pił to nanoszenie na powierzchnię zębów materiałów bardziej odpornych na zużycie niż stal z której są one zrobione takie jak stellit, węglik wolframu i diament polikrystaliczny. Zużycie zębów z naniesionym stellitem jest 6-12 razy mniejsze od stalowych przy rozkroju świeżo pozyskanego drewna. Stellit także jest trwalszy od węglika wolframu przy rozkroju drewna świeżego z wysoką zawartością ekstraktów .
Do rozkroju suchego drewna lub materiałów drewnopochodnych szeroko stosuje się piły o zębach ze spieków węglika wolframu z kobaltem. Przeciwstawienie się zużyciu węglika wolframu zależy od rozmiaru ziaren a także od ilości kobaltu.
Zęby wyposażone w ostrza z węglików spiekanych zawierających kobalt, wolfram są narażone na działanie chemicznych substancji zawartych w niektórych gatunkach drewna [Kirylov, Klamecki, Steward]. Chemizm zużycia ostrzy przy skrawaniu płyt wiórowych laminowanych znalazł się jako przedmiot badań prowadzonych w Katedrze Obrabiarek [Porankiewiczl. Wykazano, że w czasie skrawania laminatu związki chemiczne powstające pod wpływem gorącego ostrza powodują wymywanie się związków kobaltu będącego lepiszczem w spiekach powodując szybsze tępienie się ostrzy. Odbywa się to na drodze utleniania.
Zastosowanie takiego antykorozyjnego pierwiastka jak chrom może znacznie obniżyć szybkość tępienia się narzędzi zaopatrzonych w węgliki wolframu . Duńska firma "Danit Company" i amerykańska "DML lnc." wyprodukowały nowe węgliki o lepszych własnościach antykorozyjnych, które mogą od 2 do 3 razy powiększyć długotrwałość pracy pił do czasu stępienia.
Ogromnie zmniejszyć można zużycie zębów pił wykorzystując polikrystaliczne diamenty (PSD). Jest prawdy że są one bardziej kruche aniżeli ze spieków węglik wolframu i bardziej wrażliwe na udarne obciążenia i wibracje. Stwierdzono, że bardzo ważne przy wykorzystaniu PSD jest zapewnienie stabilność pracy piły, obrabiarki i obrabianego materiale. PSD jest bardzo efektywny przy piłowaniu wysokościernych materiałów drewnopochodnych takich jak: płyty wiórowe i płyty średniej gęstości. Są one znacznie mniej efektywne przy piłowaniu grubowymiarowych elementów z drewna litego.
Praca Dyplomowa
Obróbka drewna przy zastosowaniu obrabiarek sterowanych numerycznie
92
93
Prowadzący Pracę:
mgr inż. Adam Romaniuk
Pracę opracował:
Sławomir Borysewicz
Studia Zawodowe Zaoczne
Rok szkolny1999/2000
4
4
6
7
8
9
10
11
15
16
17
18
22
23
24
26
29
30
33
38
42
44
55
58
59
63
77
84
92
98
105
114
123
135
145
170
173
177
178
180
182
185
190
192
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
praca dyplomowa obróbka plastyczna na zimno FTV3IQVAMHVUALTEEACZOXCTIKEAPJO2X7A46UI
PROJEKTOWANIE OBRÓBKI NA OBRABIARKI STEROWANE NUMERYCZNIE, Automatyka i Robotyka, Semestr I, Maszyno
Obrabiarki sterowane numery, SPRAWOZDANIE Z ˙WICZE˙ LABORATORYJNYCH
Budowa obrabiarki sterowanej numerycznie
Egzamin, zagadnienia Zaawansowane programowanie obrabiarek sterowanych numerycznie
Obrabiarki sterowane numerycznie
OSIE DODATKOWE, obrabiarki sterowane numerycznie CNC, kurs MTS CNC
obrabiarki sterowanie numerycznie, POLITECHNIKA ŚLĄSKA Wydział Mechaniczny-Technologiczny - MiBM POL
OBRABIARKI STEROWANE NUMERYCZNIE - materiały od prowadzacego, sprawozdania
Obrabiarki sterowane numerycznie
BUDOWA I MOŻLIWOŚCI TECHNOLOGICZNE OBRABIAREK STEROWANYCH NUMERYCZNIE DO SKRAWANIA METALI
Podstawy programowania obrabiarek sterowanych numerycznie CNC B Stach
Obrabiarki sterowane numerycznie
Podstawy programowania obrabiarek sterowanych numerycznie CNC B Stach
Budowa obrabiarki sterowanej numerycznie
217 722313 tokarz frezer obrabiarek sterowanych numerycznie
więcej podobnych podstron