2011. tavaszi félév. CNC forgácsolás. Balla Sándor

Átírás

1 2011. tavaszi félév CNC forgácsolás Balla Sándor Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Járműgyártás és javítás Tanszék, 1111, Budapest, Bertalan L. u. 2. Z 608., tel./fax: / Budapest University of Technology and Economics Járműgyártás és -javítás Tanszék 1 Történelmi áttekintés: J. M. Jacquard szövőszéke: cserélhető adathordozó (lyukkártya) M. Forneaux Pianola nevű zongora, papír lyukszalag és sűrített levegő vezérelte a billentyűk leütését C. E. Shannon disszertációja: - gyors számítás és adatátvitel bináris formában a Boole algebra felhasználásával, (számjegyvezérlés/számítógép alapelve) J. W. Mauchly és J. P. Ecker első digitális számítógép; megteremtik az elektronikus adatfeldolgozás alapjait J. Parsons (MIT) számítógéppel közvetlenül vezérelt mdb gyártás; MIT első számjegyvezérlésű szerszámgép (függőleges orsójú maró) Bendix cég: első ipari NC, (Parsons-féle szabadalom alapján) Létrejött az első szimbolikus programnyelv A Hannoveri Vásáron megjelenik az NC Európában Az első CNC Létrehozták az ember nélküli gyártórendszert CAD/CAM rendszerek ipari alkalmazása 1982/83 - A transzfersorokat rugalmas gyártórendszerekké alakítják át Az első működő magyar NC-gép egy konzolos marógép volt, amit Csepelen gyártottak és az 1963-as BNV-n mutattak be. Első sorozatban gyártott magyar NC gép az ERI-200 rövideszterga volt AZ NC FEJLŐDÉSÉNEK RÖVID TÖRTÉNETE 2 1

2 NC= Numerical Control (számjegyvezérlés) CNC= Computer Numerical Control (számítógépes számjegyvezérlés) Jelentése: a számjegyekkel leírt programból a szerszámgép vezérlője utasításokat állít elő, amelyek alapján a szerszám és/vagy a munkadarab elmozdulásokat hajt végre a megadott technológiai értékek betartásával. Utasítások Útinformációk A szerszám relatív mozgáspályája Kapcsolási információk Technológiai adatok: főorsó ki/bekapcsolása, előtolás mértéke, fordulatszám nagysága, lézer kicsatolása stb. AZ NC ALAPELVE 3 Alapelvek: Egy alkatrész kontúr pálya pontjainak adatait, geometriáját kell tárolni (technológiai sorrend, adatok, szerszám) Az adatokat automatikusan kell a gépbe beolvasni A beolvasott adatok folyamatos kiértékelése, közbülső pontok számolása és továbbítása a mozgató rendszer felé A tengelyek vezérelt vagy szabályozott mozgatását kell megvalósítani Programozás: N10 G01 X100 Y50 F500 N20 G01 Y50 F1000 N30 N40 N50 y x AZ NC ALAPELVE 4 2

3 Koordináta rendszer: minden elmozdulás egyértelműen értelmezhető! útinformációk mozgáspályája Jobbsodrású derékszögű koordináta rendszer Koordináta rendszer forgástengelyekkel és párhuzamos tengelyekkel A KOORDINÁTA RENDSZER 5 Vonatkoztatási pontok: (A gépi koord. rendszer kezdőpontja; rögzített, nem tolható el!) (Útmérő rendszer beállítása) (Szerszámkorrekciós értékek viszonyítási pontja) (A programozási koord. rendszer kezdőpontja) (Szerszámváltás helye a mozgástérben) A gép minden elmozdulást a gépi koordináta rendszerben értelmez! NULLPONTOK 6 3

4 Vonatkoztatási pontok: Nullpont eltolás (Z 0 ) A KOORDINÁTA RENDSZER AZ ESZTERGÁN 7 Vonatkoztatási pontok: Nullpont eltolás (X 0, Y 0, Z 0 ) DIN 66217: Z-tengely helyzete és iránya kötött! A KOORDINÁTA RENDSZER A MARÓGÉPEN 8 4

5 CNC logikai blokkvázlat: Bemenő adatok Vezérlés Erősítő Hajtás Mozgás Adathordozók fejlődése: lyukkártya, lyukszalag mágnes kártya, mágnes lemez 9 Vezérlések: egyszerre mozg. teng száma mozgás közbeni megmunkálás szánsebességek interpolátor VEZÉRLÉSI MÓDOK 10 5

6 Vezérlések: Pontvezérlés: Szakasz vezérlés: Kiterjesztett szakasz vezérlés: Pálya vezérlés: VEZÉRLÉSI MÓDOK 11 Dimenzió számok: Dimenzió szám: egyszerre, összehangoltan mozgatható tengelyek száma 2és ½ D 4 Dimenzió 5 Dimenzió 6 Dimenzió 12 6

7 Dimenzió számok: C és Y tengelyes megmunkálás (4D) C, Y és B tengelyes megmunkálás (5D) 13 Berendezések összehasonlítása: univerzális automata CNC A CNC GÉPEK SZERKEZETE 14 7

8 Szerszámgép felépítése: Főorsó Keresztszán Vezeték Ferdeágyas eszterga CNC megmunkálógép portál vázszerkezete A CNC GÉPEK SZERKEZETE 15 CNC eszterga felépítése: A CNC GÉPEK SZERKEZETE 16 8

9 CNC marógépek felépítése: MARÓGÉPEK FELÉPÍTÉSE (CNC) 17 Mozgatási rendszerek: Elektromechanikus: Lineáris motoros: 18 9

10 Elektromechanikus mozgatás: motorok léptetőmotorok szervomotorok orsó-anya kapcsolat golyósorsó görgős orsó vezetékek csúszó vezetékek gördülő vezetékek Anya A CNC GÉPEK SZERKEZETE 19 Mozgatás (orsó-anya kapcsolat): A golyósorsó jellemzői: Gördülő súrlódás nincs holtjáték Nagy hatásfok Nincs megugrás induláskor Kisebb felmelegedés és kopás Magasabb fordulatszám Hosszabb élettartam Változatlan pontosság Golyósorsó A GOLYÓSORSÓ 20 10

11 Mozgatás (orsó-anya kapcsolat): Golyósorsó A GOLYÓSORSÓ 21 Mozgatás (vezetékek): Csúszó vezeték: Elvi működés (vegyes kenés, anyagpárosítás) Előnyök: egyszerű, olcsó jó csillapítás dinamikus terheléseknek ellenáll Hátrányok kis merevség holtjáték kopás akadozó csúszás (stick-slip) kenést igényel Gördülő vezeték: Előnyök: hézagmentes, merev (előfeszített), pontos, kis kopású és kis Ellenállású Hátrányok: kis csillapítás; rezgések, zajok (mozgó gördülő elemek) érzékenyebb a szennyeződésre A CNC GÉPEK SZERKEZETE 22 11

12 Mozgás érzékelés (vezérlés, szabályozás): Nyílt hajtáslánc: Zárt hajtáslánc: Lineáris Szögelfordulás 23 Érzékelők felosztása: kimenő jel jellege alapján: digitális, analóg jel vonatkoztatása alapján: abszolút, növekményes elmozdulás és érzékelés kinematikai kapcsolata alapján: közvetlen, közvetett mérési elv alapján: optikai, villamos 24 12

13 Érzékelők típusai: 25 Revolverfej (szerszámváltás): 26 13

14 Szerszámtár (szerszámcsere): (láncostár) Szerszám cserélő Szerszám azonosítása: helycímes szerszámcímes 27 Járműszerkezeti anyagok Járműszerkezeti anyagokésés megmunkálások megmunkálások II. II. Szerszám rögzítése: Szerszámgép Szerszámtartó Szerszám Rögzítés módja: Rögzítés módja: Meredekkúpos Csavaros HSK Patronos Gyártó saját megoldása (pl. Coromant Capto) Hideg-deformációs Hydro Zsugorkötés SZERSZÁMBEFOGÓ RENDSZEREK 28 14

15 Járműszerkezeti anyagok és és megmunkálások II. II. Szerszámtartók: Meredekkúpos szerszámtartó HSK szerszámtartó Coromant Capto szerszámtartó SZERSZÁMBEFOGÓ RENDSZEREK (forrás : Schunk) 29 Szerszám rögzítés a szerszám tartóban: Hydro Zsugorkötés Hideg deformációs SZERSZÁMBEFOGÓ RENDSZEREK (forrás : Schunk) 30 15

16 Munkadarab megfogása: 31 Szerszámgép típusok: Hagyományos eszterga CNC eszterga CNC esztergaközpont Eszterga központ: - CNC vezérlésű esztergagép - Revolverbe helyezhető forgó szerszámok (fúró, maró) - Szabályozott főorsó (C tengely), amely X és Z tengelyekkel összehangoltan mozgatható - Y tengely Hagyományos marógép CNC marógép CNC megmunkálóközpont Megmunkáló központ: - CNC vezérlés - Egy felfogás alatt különböző megmunkálások (fúrás, marás, dörzsölés, menetfúrás stb.) - Automatikus szerszámcsere a szerszámtárból - Körasztal (megmunkálás több oldalról) - Munkadarab váltás (paletta) - Mérés, felügyelet 32 16

17 Vízszintes főorsóval: MEGMUNKÁLÓ KÖZPONTOK 33 Függőleges főorsóval: MEGMUNKÁLÓ KÖZPONTOK 34 17

18 Jellegzetes gyártmányok: JELLEGZETES GYÁRTMÁNYOK 35 Programozás lehetőségei: Program készítés: manuális módszer CAD/CAM rendszer Program ellenőrzés: gyártással szimulációval mozgás nélkül mozgással 36 18

19 Korszerű technológiák, új irányzatok: 37 High Speed Cutting: A technológia előnyei: megmunkálási idő csökkentése nagy fajlagos forgácsleválasztás [cm 3 /kw] nagy felületi simaság (Ra 1 µm) komplikált rezgésre hajlamos munkadarabok (pl. vékonyfalú) problémamentes megmunkálása kis forgácsoló erő (30-40%-kal kisebb) és magas gerjesztő frekvencia miatt a forgácsolási hő szinte teljes mértékben a forgáccsal távozik, nincs munkadarabhődeformáció ; jó alak és méretpontosság jó forgácsalak, az anyag viselkedése ridegebb (tört forgács) száraz forgácsolás, minimálkenés lehetséges HSC 38 19

20 High Speed Cutting: HSC 39 High Performance Cutting: hagyományoshoz hasonlítva: jelentősen nagyobb leválasztási teljesítményt biztosít nagyobb forgácsolási sebesség és előtolás mellett, a HSC-hez viszonyítva kisebb sebességgel, nagyobb fogásmélységgel nagyobb érdességet eredményez. A HPC alkalmazása: üreges szerszámok, formák nagyolására, integrált repülőgép-ipari alkatrészek gyártásánál, melyeknél a teljes térfogat 80-95%- át kell leforgácsolni. HPC 40 20

21 Kemény megmunkálás: esztergálás területén indult, a köszörülés kiváltására, élanyagok, bevonatok, szerszámgépek fejlesztése, edzett acélok, öntöttvasak kemény állapotban HRC felett, határozott élgeometriájú szerszámokkal. Jellemzői: termelékenyebb, rugalmasabb, mint a hagyományosan alkalmazott köszörülés, szikraforgácsolás, a megmunkálás egy felfogásban, szárazon végezhető, a gyártási sor rövidebb, nincs külön lágy és kemény forgácsolás, a gyártási idő csökken, komplikált felületek egyszerűen előállíthatók, kis sorozatok esetén is gazdaságos. Köszörült és keményesztergált felület jellegzetes érdességi képe HARD 41 21