Innowacyjne metody wytwarzania matryc

Monday 2. February 2009 - News

Targi INNOWACJE - TECHNOLOGIE - MASZYNY POLSKA

Salon MACH-TOOL, Poznań

 Artykuł opracowany na konferencję „Innowacyjne technologie w budowie maszyn"

 1. WPROWADZENIE

W minionych latach obróbka HSC (High Speed Cutting) mogła na stałe zająć miejsce obok tradycyjnych metod obróbki, jako alternatywa lub uzupełnienie tradycyjnego frezowania lub wgłębnego drążenia elektroerozyjnego (EDM – Electro Discharge Machining). Jednak doświadczenie pokazało, że to, co w produkcji silników i przekładni lub w elementach konstrukcji jest od lat aktualnym stanem techniki, nie może być wprost przeniesione do produkcji narzędzi i form. Codziennie zmieniające się geometrie i materiały, przy równoczesnych wymaganiach dokładności i jakości powierzchni, jak również wymaganiach elastyczności i coraz krótszych czasów obróbki, sprawiają, że mamy tu do czynienia z innymi wymaganiami niż przy produkcji masowej.

 

Z drugiej strony wydajność tej technologii robi tak wielkie wrażenie, że przedsiębiorstwo ukierunkowane na sukces może prawie zrezygnować z rozważań, czy zastosować HSC czy nie. Frezowanie HSC coraz bardziej znajduje zastosowanie w budowie tłoczników lub form, w małoseryjnej produkcji skomplikowanych i precyzyjnych elementów maszyn oraz w podobnych obszarach zastosowań. Zastosowanie tej technologii zostało skutecznie, w korzystny sposób potwierdzone przez liderów branży.

 

2. WYMAGANIA STAWIANE FREZARKOM HSC

Wymagania stawiane zespołom frezarki do obróbki z dużymi prędkościami muszą być definiowane z jednej strony z punktu widzenia użytkownika końcowego, a z drugiej strony z punktu widzenia procesu obróbki. W tym układzie szczególnie ten drugi aspekt powinien być szczegółowo rozpatrzony. Przede wszystkim muszą być wzięte pod uwagę dynamiczne własności podstawowych komponentów obrabiarki HSC (mechanicznych i elektronicznych), elektrowrzeciona, sterowania oraz założenia do automatyzacji.

 

3. WŁASNOŚCI DYNAMICZNE

Własności dynamiczne centrum HSC najczęściej są sprowadzane do szybkości przesuwu i zdolności do przyspieszeń. W rzeczywistości to nie wystarcza. Właściwościami maszyny o wybijającym się znaczeniu są te, które umożliwiają realizację wysokiej dynamiki zdolności do nawrotu. Wyższa wartość dynamiki nawrotu umożliwia osiągnięcie krótszych czasów obróbki i ekonomicznej żywotności zastosowanych frezów. Podstawą do tego są optymalne własności tłumiące komponentów obrabiarki, jak również duża sztywność całego systemu. Te własności są realizowane poprzez działania w zakresie konstrukcji i doboru odpowiednich materiałów.

 

W ubiegłych latach przydatny okazał się polimerobeton, między innymi z powodu dziesięciokrotnie wyższego logarytmicznego dekrementu tłumienia – w przeciwieństwie do materiałów żeliwnych. Dzisiaj polimerobeton jest stosowany przez prawie wszystkich producentów wysoko dynamicznych maszyn jako materiał na nieruchome elementy konstrukcji, takie jak np. łoże maszyny i portale (rys. 1). Siły powstałe przez wysoką dynamikę ruchomych zespołów maszyny są optymalnie redukowane dzięki tej szczególnej właściwości polimerobetonu.

 

Rys. 1. Polimerobeton zastosowany w nieruchomych elementach korpusu frezarki

 

W przeciwieństwie do tego w konstrukcji ruchomych komponentów, jak np. sanie, nie można zrezygnować z wysokiej wytrzymałości na rozciąganie i ściskanie, jaką charakteryzują się materiały żeliwne. Własności te pozwalają na realizację stosunkowo lżejszych elementów z doskonałą wytrzymałością i sztywnością. W stosunku do konwencjonalnych frezarek masa ruchomych sań maszyn do obróbki z dużymi prędkościami została zredukowana trzy do pięciu razy.

 

Kolejną ważną cechą kartezjańskiego układu kinematycznego maszyny jest podział na ruchome masy po stronie detalu obrabianego i po stronie narzędzia. Celem jest uzyskanie możliwie wyrównanego stosunku mas, z uwzględnieniem po jednej stronie masy detalu a po drugiej stronie masy wrzeciona. Rysunek 2 pokazuje frezarkę przeznaczoną dla detali o średniej masie, która została zaprojektowana ze szczególnym uwzględnieniem tego wymagania. Ruchoma masa po stronie narzędzia jest tutaj prawie identyczna z tą po stronie detalu obrabianego. Zapewnia to, zbliżenie własności dynamicznych osi Y do własności dynamicznych osi X.

 

 

Rys. 2. Frezarka przeznaczoną do obróbki przedmiotów o średniej masie

 

Silnie wzrastającym zainteresowaniem cieszą się dzisiaj frezarki do obróbki wysokowydajnej oraz frezarki do obróbki z dużymi prędkościami w wykonaniu 5 osiowym. W aspekcie frezowania z dużymi prędkościami szczególnego znaczenia nabiera konstrukcja i koncepcja napędu stołu obrotowo-uchylnego. Konwencjonalne stoły obrotowo-uchylne z napędem ślimakowym z reguły nie wykazują wystarczającej dynamiki wymaganej dla 5 osiowego procesu HSC. W przeciwieństwie do tego stoły obrotowo-uchylne z napędem bezpośrednim silnikami wysoko-momentowymi posiadają dane charakterystyczne (szybkość, przyspieszenie, zdolność do nawrotu), które są porównywalne ze sprawnością osi liniowych, a nawet są lepsze. Inne zalety stołu obrotowo-uchylnego z bezpośrednim napędem polegają na tym, że jest możliwa koncepcja napędu bez części trących się i luzu zwrotnego. W ten sposób w 5 osiowej obróbce z dużymi prędkościami może być realizowany sprawny system w pełni homogeniczny [1].

 

Podstawą dynamiki w obróbce z dużymi prędkościami jest możliwie szybkie osiągnięcie zaprogramowanej szybkości posuwu. Wymagane do tego celu wartości przyspieszenia i zdolności do nawrotu uzyskuje się dzięki cyfrowym układom napędowym dużej mocy. Te mogą być zrealizowane albo przez bezszczotkowe, wzbudzane trwałymi magnesami silniki synchroniczne, w połączeniu z przekładniami śrubowo-tocznymi z większym skokiem lub bezpośrednio poprzez silniki liniowe. Obydwie technologie mają swoje zalety i wady. Zgodnie z aktualnym stanem techniki, takie parametry jak szybkość, przyspieszenie i zdolność do nawrotu muszą być podporządkowane wymaganiu podwyższonej dokładności elementów konstrukcyjnych. Ważnym aspektem wszystkich koncepcji polegających na obiegu kulek, zarówno w przekładniach śrubowo-tocznych jak również w prowadnicach liniowych kulowych lub linowych wałeczkowych, jest optymalne napięcie wstępne układu.

 

Obydwa systemy pracują prawidłowo, z maksymalną sztywnością, z minimalnym tarciem i minimalnym wydzielaniem się ciepła, tylko przy prawidłowym naprężeniu wstępnym. W każdych warunkach przekładnie śrubowo-toczne powinny być obustronnie ułożyskowane.

 

W przypadku małych i średnich obrabiarek narzędziowych kryterium standardowym powinno być centryczne usytuowanie przekładni śrubowo-tocznej między możliwie szeroko rozstawionymi prowadnicami liniowymi. Również liniały pomiarowe systemu pomiaru drogi przesuwu powinny być optymalnie położone, tzn. między prowadnicami liniowymi i możliwie blisko procesu obróbki. Centralne położenie po pierwsze umożliwia pewną ochronę przed zabrudzeniem, a ponadto siły posuwu są przenoszone symetrycznie na prowadnice liniowe i położenie będzie mierzone rzeczywiście tam, gdzie one powstają. W celu optymalnego uchwycenia położenia i szybkości stosuje się systemy podwójnego sprzężenia zwrotnego (Dual-Feedback) składające się z przetworników obrotowo-impulsowych i liniałów pomiarowych o dużej rozdzielczości.

 

Elektrowrzeciono

Nowoczesne elektrowrzeciona do frezowania z dużymi prędkościami charakteryzują się dużą liczbą obrotów, nowoczesnymi materiałami łożysk, wbudowanym zamkniętym obiegiem chłodzenia i złączem HSK do uchwytu narzędzia. Posiadają wbudowane czujniki do wykrywania możliwych wibracji [2], a ich termiczne zachowanie jest wyliczalne, aby mogło być kompensowane przez inteligentny algorytm.

 

Cechą sprawnych elektrowrzecion jest regulacja wektorowa, tzn. wrzeciono pracuje w zamkniętym obwodzie regulacji i jego położenie kątowe jest w każdym momencie znane. W przeciwieństwie do elektrowrzecion, które pracują w otwartym obwodzie regulacji, wynikają z tego pewne interesujące zalety. Polegają one z jednej strony na możliwości wykorzystania całego zakresu obrotów, poczynając od około 50 - 200 min-1 aż do maksymalnej liczby obrotów, z drugiej zaś strony na wysokiej sprawności i dużym momencie obrotowym przy niskiej liczbie obrotów.

 

W ten sposób, za pomocą wrzecion o liczbie obrotów znacznie powyżej 20 000 min-1, mogą być możliwe do wykonania w określonych ramach, również operacje gwintowania, rozwiercania, jak również frezowania z zastosowaniem wysokowydajnych frezów.

 

Hybrydowe łożyska ceramiczne, składające się z hartowanej panewki i ceramicznych kulek, w przeciwieństwie do konwencjonalnych kulek stalowych zapewniają podwyższoną sztywność, mniejsze zużycie, lepszą dokładność i podwyższoną stabilność temperaturową. Z uwagi na aspekty ekonomiczne (trwałość), bez takich łożysk nie byłoby możliwe do zbudowania żadne nowoczesne wrzeciono o dużej szybkości obrotowej. Doprowadzenie mieszanki olejowo-powietrznej bezpośrednio przez zewnętrzną panewkę gwarantuje optymalne i wystarczające smarowanie oraz długą żywotność. W przeciwieństwie do tego, pośrednie, boczne doprowadzenie mieszanki jest stosunkowo niepewne z powodu zawirowań wytwarzanych przez koszyczek.

 

Obecnie złącze HSK, między czołem wrzeciona i oprawką, przyjęło się na dobre w obróbce z dużymi prędkościami. Przyczyniły się do tego, lepsza dokładność dzięki płaskiej powierzchni przylegania i podwyższona sztywność. Porównanie między SK-40 (ISO40) i HSK-A63, przy obciążeniu bocznym, wykazuje dla złącza HSK wychylenie promieniowe mniejsze prawie o połowę. Również, jeżeli chodzi o parametry ruchu obrotowego złącze HSK wykazuje się błędem mniejszym prawie o połowę w stosunku do błędu złącza SK.

 

Dla wszystkich wysokoobrotowych wrzecion problemem jest wydzielanie się ciepła przy dużych obrotach. Dzięki pewnym przedsięwzięciom konstrukcyjnym, jak np. usytuowanie łożyska ustalającego możliwie blisko czoła wrzeciona, termicznie wydłużenie osiowe wrzeciona można skierować do tyłu, czyli w niekrytycznym kierunku. Mimo to przy przewodzeniu ciepła do innych zespołów frezarki, jak np. do sań w osi Z lub do oprawki, występują efekty, które mogą szkodzić dokładności frezowanego detalu.

 

Usunięcie tego problemu z jednej strony leży w rękach operatora frezarki, który może systematycznie i wyprzedzająco kontrolować występujące zjawiska, zaś z drugiej strony usunięcie problemu leży po stronie producenta frezarki, który przesunięcia może kompensować przy pomocy odpowiednich czujników lub/i algorytmów zawartych w sterowaniu maszyny. Jest oczywiste, że to drugie rozwiązanie jest wygodniejsze dla użytkowników i dlatego jest przez nich preferowane.

 

W tym miejscu należy wyraźnie podkreślić, że najwyższą precyzję frezowania z dużymi prędkościami uzyskuje się zawsze dzięki systematycznemu współdziałaniu ze strony personelu obsługującego frezarkę. Systematyczność w postępowaniu jest nieodzowna przy kompensacji termicznie uwarunkowanych zmian długości uchwytu narzędzia. Przy czym ważne jest, aby producent wyposażył frezarkę w odpowiednie narzędzia pomocnicze, jak np. automatyczny laserowy pomiar narzędzia.

 

Wibracje mają negatywny wpływ na trwałość łożysk wrzeciona, na żywotność zastosowanych frezów, na jakość obrabianych detali i dlatego muszą być bezwzględnie usunięte. W tym celu nowoczesne elektrowrzeciona posiadają wbudowane czujniki drgań [2, 3], które mierzą aktualne drgania. W oparciu o te pomiary, za pośrednictwem interfejsu operatora układu sterowania, mogą być postawione do dyspozycji personelu obsługującego odpowiednie informacje o jakości procesu frezowania. Mogą one służyć do optymalizacji procesu frezowania, np. do dopasowania liczby obrotów i posuwu, do sprawdzenia wpływu różnych narzędzi lub do rozpoznania krytycznych strategii frezowania i tym samym do odpowiednich modyfikacji.

 

4. UKŁAD STEROWANIA

Technologia sterowania poczyniła w ostatnich latach nadzwyczajne postępy. Wyjątkowo istotna, szczególnie dla symultanicznej frezowania z dużymi prędkościami w 5 osiach, była drastyczna redukcja czasu przetwarzania zbioru. Algorytmy kompensacyjne typowych dla szybkościowej obróbki przemieszczeń termicznych, sprawna funkcjonalność przetwarzania w przód (Look-Ahead), optymalne modelowanie hardwaru frezarki w układzie sterowania (Tuning), wbudowane diagnozowanie frezarki i inteligentne systemy optymalizacji dynamiki frezarki ze względu na wielkości docelowe – taki jest dzisiejszy stan techniki.

 

Jest oczywiste, że czas przetwarzania zbioru powinien być powinien być tak krótki jak to jest tylko możliwe. W rzeczywistości nie ma dzisiaj jasnych wytycznych do jednoznacznego jego zdefiniowania. Na skutek tego czasy przetwarzania zbioru podawane przez różnych producentów sterowań nie mogą być porównywane ze sobą.

 

Generalnie można powiedzieć, że dla tej informacji liczba ruchomych osi na wiersz w programie NC odgrywa istotną rolę. Każdy kolejny rozkaz do zbioru NC, jak np. funkcje dodatkowe, liczba obrotów, posuw etc. będzie miał mniejszy lub większy wpływ na czas przetwarzania zbioru. Duży wpływ, szczególnie przy symultanicznej obróbce w 5 osiach, ma uwzględnienie możliwych transformacji współrzędnych lub przeliczanie typowych istniejących wzajemnych przesunięć osi obrotowych. Jest ważne, że frezarka może pracować nieprzerwanie, bez zjawiska nierównomiernego ruchu, znanego pod pojęciem „data starvation”, będącego wynikiem zbyt małej mocy obliczeniowej. Przemieszczenia uwarunkowane termicznie są nie do uniknięcia we frezarkach do obróbki z dużymi prędkościami i mogą być kompensowane w ramach oczekiwań użytkownika końcowego dzięki odpowiednim przedsięwzięciom [4]. Mogą tu wchodzić w rachubę czujniki lub systemy software’owe. Systemy software’owe posiadają tę zaletę, że bardziej nadają się do kompensacji sumy przemieszczeń poszczególnych elementów, podczas gdy, systemy czujnikowe mogą wychwycić z reguły przemieszczenie tylko części komponentów, jak np. przemieszczenie noska wrzeciona w stosunku do sań Z.

 

Bez sprawnego funkcjonowania Look-Ahead frezowanie z dużymi prędkościami jest nie do pomyślenia [5]. Zadania Look-Ahead polegają na:

• dotrzymaniu maksymalnego możliwego posuwu osi,

• dotrzymaniu maksymalnego możliwego przyspieszenia prowadnicy,

• dotrzymaniu maksymalnej możliwej zdolności do nawrotu prowadnicy,

• rozpoznaniu narożników i zahamowanie we właściwym czasie,

• dotrzymaniu żądanej dokładności dynamicznej na krzywych,

• zahamowaniu we właściwym czasie, bez przekraczania danych maszynowych.

 

Najczęściej wychodzi się z fałszywego założenia, że Look-Ahead z możliwie dużą liczbą wstępnie przetworzonych zbiorów NC miałoby więcej zalet. Faktem jest, że ta liczba, aktualnie wymagana, jest zależna od wydajności Look-Ahead i dynamiki centrum HSM. Look-Ahead musi być w stanie tak regulować zachowania dynamiczne frezarki, aby:

• frezarka nigdy nie była przeciążona,

• jakość obrabianego detalu była zawsze zapewniona.

 

Im bardziej dynamiczna maszyna i im lepsze jest modelowanie zachowania frezarki w sterowaniu (Tuning), tym mniej zbiorów NC musi przeglądać Look-Ahed.

 

Poważną wadą dużej liczby wstępnie przetworzonych zbiorów NC jest często brak możliwości aktywnej ingerencji w czasie przebiegu frezowania poprzez ręczne zmiany szybkości posuwu i liczby obrotów wrzeciona, ponieważ wstępnie przetworzone zbiory NC są przechowywane w buforze, który nie jest dostępny dla ewentualnych ręcznych zmian.

 

Aktywne wygładzanie profili prędkości, przyspieszeń i zdolności do nawrotu, to kolejna istotna cecha charakterystyczna dla sterowania przeznaczonego do frezowania z dużymi prędkościami. Wygładzone profile słabiej wzbudzają drgania w układach mechanicznych i elektronicznych i umożliwiają, w porównaniu do niewygładzonych profili, wyższe maksymalne wartości przyspieszenia i zdolności do nawrotu, dla takiego samego hardware’u maszynowego.

 

Funkcje diagnozowania i zdalnego nadzoru powinny być albo wbudowane bezpośrednio w sterowanie, albo mogą być po prostu realizowane przez systemy zewnętrzne. Są one podstawą możliwie pełnego obciążenia frezarek, przede wszystkim w związku z automatyzacją.

 

Najnowsze opracowania zajmują się implementacją know-how, jak również aktywnym dostępem do procesu obróbki (Adaptive Control), opartym na informacjach pochodzących z wbudowanych czujników. Inteligentne układy sterowania umożliwiają np. optymalizację procesu frezowania na podstawie priorytetów dla poszczególnych operacji produkcyjnych, uwzględnienie masy frezowanego detalu lub złożoności drogi narzędzia. Dane wejściowe wprowadzone przez operatora, są przetwarzane wewnętrznie przez układ sterowania w celu tuningu systemu i przybliżenia go do określonego zastosowania. W ten sposób mogą być zrealizowane krótsze czasy obróbki, lepsza jakość powierzchni i lepsza dokładność detali.

 

5. AUTOMATYZACJA

Stosunkowo wysokie koszty inwestycji i płac, w zachodnich wysoko uprzemysłowionych krajach najczęściej są kompensowane przez automatyzację procesu produkcji. Dlatego dobrze zdefiniowany interface zewnętrznych lub wbudowanych systemów wymiany detalu obrabianego, coraz bardziej zyskuje na znaczeniu. Jednocześnie z potrzeby automatyzacji wyniknęły wymagania skutecznego zarządzania wiórami, dostatecznej pojemności zmieniacza narzędzi, paletyzacji i przede wszystkim organizacji powierzchni otoczenia. O ile automatyczny zmieniacz narzędzi jest dzisiaj dla prawie wszystkich centrów obróbkowych standardowym wyposażeniem, o tyle liczba dostępnych miejsc w magazynie często nie jest wystarczająca. Dlatego przynajmniej opcjonalnie powinien być dostępny zmieniacz narzędzi o poszerzonej pojemności.

 

Rys. 3. Zaprojektowanie przestrzeni roboczej w aspekcie spadających wiórów

 

Oprócz zaprojektowania przestrzeni roboczej w aspekcie spadających wiórów (rys. 3) w miarę możliwości bez poziomych płaszczyzn, na których mogłyby się one zbierać, do optymalnego usuwania wiórów należy również odpowiedni automatyczny transport wiórów. Zależnie od rodzaju frezowanego materiału i zastosowania, oprócz typowego dla frezowania szybkościowego smarowania minimalną ilością środka smarującego, można stosować powietrze lub płynne środki chłodzące. Ważne jest, aby frezarka była wyposażona we wszystkie konieczne urządzenia, które czysto i efektywnie obsłużą ją w zakresie mediów chłodzących i smarujących.

 

6. INNOWACYJNE ROZWIĄZANIA OBRABIAREK ELEKTROEROZYJNYCH FIRMY AGIE CHARMILLES

Firma AgieCharmilles z siedzibą w Genewie od 1952 roku zajmuje się konstruowaniem i produkcją drążarek elektroerozyjnych [6]. W historię tej firmy wpisany jest cały szereg innowacyjnych rozwiązań, które na przestrzeni lat zmieniały oblicze światowej elektroerozji. Najważniejsze z nich to: 1955 - wprowadzenie pierwszej drążarki produkowanej seryjnie na skalę przemysłową, 1959 – pierwszy na świecie generator zbudowany w technice tranzystorów impulsowych, 1965 – opracowanie generatora Isopulse, stanowiącego jeden z najważniejszych patentów Charmilles, 1972 – wprowadzenie urządzenia Monitron, analizującego i sterującego procesem drążenia, 1973 – wprowadzenie drutu powlekanego SW25 do zwiększenia wydajności cięcia, 1976 – wprowadzenie i opatentowanie obróbki planetarnej do równoczesnego drążenia dna i ścian detalu, 1977 – wprowadzenie automatycznego nawlekania drutu przez prowadniki bezluzowe, 1990 – wprowadzenie pierwszych drążarek drutowych z nieruchomym stołem roboczym i korpusem z polimerobetonu (rys. 4), 2003 – wprowadzenie generatora CleanCut - pierwszego na świecie generatora do cięcia w technologii High-Speed. W opracowaniu niniejszym zasygnalizujemy innowacyjne aspekty generatora CleanCut.

 

Generator CleanCut

W 2003 AgieCharmilles po raz kolejny udowodnił, że zasługuje na miano firmy nr 1 w elektroerozji. Po około 4 latach badań do sprzedaży wprowadzony został nowy generator o nazwie CleanCut. Jest to pierwszy generator na rynku całkowicie oparty na technologii cyfrowej. Nazwa „clean cut” oznacza czyste cięcie i wywodzi się z faktu, że zapewniona jest równocześnie wysoka jakość ciętej powierzchni z zachowaniem wysokiej wydajności obróbki. Po przeprowadzeniu testów okazało się, że występuje także znaczące zwiększenie wydajności cięcia (rys. 5) detali o dużej wysokości. W chwili obecnej generator CleanCut pozwala na stabilne cięcie detali o wysokości do 650 mm z prędkością przemysłową powyżej 500mm²/min.

Rys. 4. Korpus obrabiarki wykonany z polimerobetonu. Ta nowatorska i ekologiczna technologia odlewania na zimno zapewnia 8-krotnie mniejszą rozszerzalność cieplną i 25-krotnie lepsze tłumienie wibracji

 

Zapewnienie najwyższej wydajności cięcia nie jest jedyną innowacją. Otóż generator CleanCut to także nowa jakość, jeśli chodzi o redukcję zmian metalurgicznych obrabianej powierzchni. Odpowiednie ukształtowanie impulsów generatora oraz zapewnienie pełnej ochrony antyelektrolizyjnej sprawia, ze już po trzech przejściach istnieją problemy z wykryciem wartwy przetopionej, będącej zmorą dla użytkowników narzędzi tnących, ze względu na skrócony czas (rys. 6) ich eksploatacji. Dodatkowo poza perfekcyjną powierzchnią uzyskujemy, z racji mniejszej ilości przejść wykańczających, skrócenie całkowitego czasu drążenia.

 

 

Rys. 5. Zwiększenie wydajności cięcia na przykładzie cięcia drutem mosiężnym

 

Dla każdego typu drążonego materiału, impulsy generatora zostały specjalnie ukształtowane. Pozwoliło to na wyeliminowanie wielu szkodliwych zjawisk występujących w trakcie obróbki. W przypadku węglików spiekanych wyeliminowano zjawiska wypłukiwania kobaltu oraz powstawanie mikropęknięć. W przypadku tytanu, coraz powszechniej stosowanego w medycynie do protez oraz implantów, wyeliminowano zjawiska oksydacji oraz zanieczyszczania powierzchni pozostałościami drutu (rys. 7). W przypadku materiałów „egzotycznych” tzn. diamentu polikrystalicznego PCD, a także CBN i BZN, zminimalizowano zjawisko powstawania „warstwy czarnej” (rys. 8), prowadzące do osłabienia wierzchniej warstwy materiału i mikropęknięć.

 

Rys. 6. Generator CleanCut pozwala na osiągnięcie żądanej chropowatości powierzchni w mniejszej liczbie przejść i znacznie krótszym czasie

 

 

Rys. 7. Porównanie obróbki tytanu o ziarnie 5 (do zastosowań medycznych).

Badania wykonano mikroskopem SEM o powiększeniu 4000 razy

 

Rys. 8. Porównanie obróbki diamentu PCD. Z lewej strony widoczna „warstwa czarna”, której grubość może dochodzić do 90 μm

 

Wycinarka drutowa FI 2050TW firmy AgieCharmilles do wycinania drutem o średnicy 0,03 mm umożliwia zastosowanie jej dla mikroobróbki elementów o wymiarach poniżej 1 mm. Na rysunku 9 przedstawiono koło zębate wykonane przy zastosowaniu tej technologii.

 

Rys. 9. Przykład mikrobróbki wykonanej na maszynie FI 2050TW. Na zdjęciu widać koło zębate o średnicy 0,9 mm wycięte drutem 0,03 mm. Powiększenie 100 razy.

 Drążarki elektroerozyjne wgłębne i drutowe wycinarki AgieCharmilles posiadają najnowszy zestaw technologii, w postaci bazy danych, pozwalający na obróbkę szerokiej gamy materiałów takich jak: stal, węglik spiekany, aluminium, tytan, ampcoloy, inconel, miedź, diament polikrystaliczny. Stosowane może być wiele rodzajów drutów o średnicach od 0,02 mm do 0,3 mm oraz o różnym składzie materiałowym. W porównaniu do maszyn standardowych jest to duże ułatwienie i przyspieszenie procesu obróbki, ponieważ operator nie musi tworzyć technologii samodzielnie.

 LITERATURA

1. Treib, Thomas: Maschinenkonzepte für die simultane 5-Achsbearbeitung am Löttgen Ralf Beispiel des HSC-Fräsens 3D-Erfahrungsforum Werkzeug- und Formenbau, Dortmund, Deutschland, Februar 2003.

2. N.N.: Hochgeschwindigkeitsspindeln Veröffentlichung, Step Tec AG, Luterbach, Schweiz, 2002.

3. Mühlenstein, Cyril: Vibroset Interner Report, Mikron Comp Tec AG Nidau, Schweiz, November 2002.

4. Besuchet, Jean-Philippe: Mikron Intelligent Thermal Control Interner Report, Mikron Comp Tec AG, Nidau, Schweiz, Juni 2003.

5. Wettstein, CH: Atek HS Plus – Advanced Look Ahead für Geschwindigkeit Zehnder, N Beschleunigung und Ruck, Heidenhain Schweiz AG Schwerzenbach, Schweiz, Januar 2001.

6. Materiały wewnętrzne firmy GF AgieCharmilles.

 

Autor: prof. Lucjan DĄBROWSKI, Grzegorz BOSAK, Mariusz WARDZIŃSKI