Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Kar Gyártástudományi Intézet Intézeti szám: 2006-ALNk-19 Szakdolgozat Faipari rúdeszterga késtartójának gyártástervezése Készítette: Toppantó István Neptun kód: DVIJVI 2018. április
Tartalomjegyzék 1. Bevezetés.....4 2. Az Antal Forgácsoló Kft. bemutatása..5 3. A faipari megmunkáló gépek csoportosítása...6 3.1 A faipari rúdeszterga bemutatása.....6 4. A technológiai folyamat tervezésének előkészítése.... 10 4.1 Az alkatrész funkcionális elemzése 10 4.2 A gyártás tömegszerűségének meghatározása 12 4.3 Anyagválasztás...12 4.4 Megmunkálási ráhagyás számítása a legnagyobb külső átmérőre..13 4.4.1 Ráhagyások összetevői és számításuk. 14 4.4.2 A nyersdarabon biztosítandó teljes ráhagyás kiszámítása...14 4.4.3 Konkrét számítás a legnagyobb külső körátmérőre.15 4.5 A legnagyobb hosszméretre számított ráhagyás...16 4.6 Az előgyártmány mérete.....17 5. A technológiai folyamat elemzése, tervezése.17 5.1 A műveleti sorrend részletes leírása 17 5.1.1 Darabolás.17 5.1.2 Esztergálás A oldalon... 18 5.1.2.1 Külső homlok- és palástfelületek nagyolása 18 5.1.2.2 Külsö homlok- és palástfelületek símítása...20 5.1.2.3 Beszúrások esztergálása...21 5.1.2.4 M27x3 mm külső menet esztergálása..23 5.1.3 Esztergálás B oldalon...23 5.1.3.1 Külső homlok- és palástfelületek nagyolása 23 5.1.3.2 Külső homlok- és palástfelületek símítása...25 5.1.3.3 Előfúrás (ø9.0 mm)..25 5.1.3.4 Kúpos furat esztergálása..26 5.1.3.5 Furatsimítás dörzsárral ( ø9,25 +0,05 mm) 27 5.1.4 Marás-fúrás..28 5.1.4.1 Süllyesztés marása...28 5.1.4.2 Fúrás (ø6 mm)..30-2 -
5.1.4.3 Süllyesztés marása...31 5.1.4.4 Furat süllyesztés...31 5.2 Forgácsolóerő és teljesítményszámítás.32 5.2.1 Forgácsoló erő és teljesítményszámítás nagyoló hosszesztergálási műveletre..32 5.2.2 Az előfúrás erő- és teljesítményszámítása...35 5.2.3 A horonymarás erő és teljesítmény számítása. 37 5.3 A forgácsoló szerszámok kiválasztásának menete...38 5.4 Az alkalmazott szerszámgépek bemutatása.43 5.5 A megmunkálás során előforduló hibák számbavétele 46 6. A gyártás automatizálása CNC szerszámgéppel..48 6.1 A gyártás automatizálásának szükségessége és megvalósításának egy módja.......48 6.2 A LinuxCNC.......48 6.3 A LinuxCNC főbb jellemzői.... 49 6.4 A munkadarab befogása és a munkadarab nullpontjának kiszámítása...49 6.5 A munkadarab nullpontjának beállítása..51 6.6 A szerszámpálya programozása..52 6.7 A műveletelemek NC programozása...53 6.8 Az NC program felépítése... 54 6.9 A repeat ciklus...56 6.9.1 Az [n] értékének meghatározása......56 6.10 A while ciklus.....57 6.11 A teljes NC program....59 6.12 Az NC program tesztelése 60 6.13 Megjegyzés a szimulációs program futtatásához..... 62 Összegzés.....64 Summary..65 Irodalomjegyzék...66 Mellékletek...67-3 -
1. Bevezetés A szakdolgozat kiírás alapján feladatom a faipari rúdeszterga késtartójának gyártástervezése. A faipari rúdeszterga egy sok alkatrészből álló viszonylag bonyolult szerkezet, ezért ebből egy alkatrészt, a késtartó gyártását tervezem meg. A második fejezetben a keszthelyi Antal Kft. főbb jellemzőit mutatom be, amely cég a szakmai gyakorlatom helyszíne volt.. A harmadik fejezetben röviden bemutatom a faipari forgácsológépek családját, majd ebbe elhelyezem a rúdesztergát. A negyedik fejezetben elvégzem a gyártáshoz szükséges technológiai számításokat, majd az ötödik fejezetben megtervezem az alkatrész gyártását. A hatodik fejezetben a gyártás automatizálásának szükségességét és megvalósításának egy módját mutatom be. A szakdolgozatom elkészítéséhez az Antal Forgácsoló Kft. és a Miskolci Egyetem Gyártástudományi Intézet gépparkját használom fel. - 4 -
2. Az Antal Forgácsoló Kft. bemutatása [1] A korlátolt felelősségű társaság Antal György magánvállalkozása volt, amely 1986- ban alakult egy darab esztergagéppel. Ezzel az esztergával a Keszthelyi Vasipari Szövetkezet részére gyártott alkatrészeket. A vállalkozásból származó jövedelmet Antal György folyamatosan visszaforgatta a vállalkozásába. Ennek eredményeként a tevékenysége és a megrendelőik száma folyamatosan bővült. 1995-ben már exportlehetőség is adódott. Az akkori ügyfél, az osztrák IFE AG még ma is a cég megrendelője. A megbízható minőségi munkának köszönhetően folyamatosan nőtt a külföldi megrendelők, valamint a termékféleségek száma. Jelenleg már tíz állandó külföldi megrendelője van a cégnek. A magánvállalkozás a folyamatos technikai, technológiai fejlesztést követően 1999 áprilisában alakult át Kft-vé. A vállalkozói szemlélet maradt a régi, a tulajdonos termelésből származó nyereségét folyamatosan visszaforgatta, újabb és újabb fémmegmunkáló gépeket vásárolt, s egyre újabb technológiákat vezetett be. 2000-ben hozta létre a Letenyei Ipari Park területén az 1555 m 2 -es korszerű, minden hatósági előírásnak megfelelő üzemcsarnokát a helyi és a kistérségi munkaerőre alapozva. Az Antal Forgácsoló Kft. 2011-ben 69 főt foglalkoztatott, 82000 E. Ft beruházást valósított meg, 1372000 E. Ft árbevételt könyvelt el. 1. ábra Az Antal Forgácsoló Kft letenyei üzeme - 5 -
Főbb gyártott termékek: - forgácsolt, hegesztett fém alkatrészek - személyszállító közúti és vasúti járművek automata ajtóinak alkatrészei. - tehergépkocsi felépítmények alkatrészei, részegységei - vibrációs adagoló és osztályozó berendezések alkatrészei, részegységei. Az Antal Kft. az alábbi cégek beszállítója: - KNORR-Bremse GmbH - IFE Aufbereitungstechnik GmbH - ULTIMATE Europe Transportation Equipment - MEILLER GmbH Fahrzeug- & Maschinenfabrik - PYLON-94 Gép- és Acélszerkezetgyártó Kft. - WEBASTO GmbH 3. A faipari megmunkáló gépek csoportosítása [2] A faipari megmunkálási technológiák csoportosítását a 2. ábra szemlélteti a forgácsképzés figyelembevételével. A fa esztergályozása a következő esztergákkal valósítható meg: - Faeszterga (normál felépítésű) - Másoló faeszterga - Automata faeszterga - Rúdeszterga A szakdolgozatom témájául szolgáló alkatrész, azaz a késtartó egy rúdeszterga része, ezért ezt a gépet 3.1 alpontban részletesen bemutatom. 3.1 A faipari rúdeszterga bemutatása A rúdesztergagép (tiplihúzó gép, gyűrűs esztergagép) hengeres rudak készítésére szolgáló szerszámgép, amelyen a gyűrű alakú, belső forgácsolóél-elrendezésű szerszám végzi a forgó forgácsoló főmozgást, miközben a munkadarab (négyzet keresztmetszetű léc) végzi az előtoló mellékmozgást kézi vagy gépi mozgatással. - 6 -
2.ábra A faipari megmunkálási technológiák bemutatása a forgácsképzés szempontjából Jellemző műszaki adatuk az esztergályozható átmérő, amely kisméretű gépeken 6-12 mm, közepes gépeken 12-25 mm, nagy gépeken 25-40 mm. A rúdesztergagép villamos teljesítményigénye 1.1 4.6 kw. A 3. ábrán látható az olasz Brusa & Garboli cég által gyártott Brusa ta-30 tipusú rúdesztergája, amely kis és közepes üzemek számára ajánlott rúdhúzó berendezés. A gép automatikus adagolással van ellátva, a rudak, tiplik átmérője 6-30 mm között készül. A szerszámok mindig egy állandó átmérőt tudnak gyártani. A gép technikai adatai a következőek: Minimális átmérő: 6 mm Maximális átmérő: 18 mm Minimális munkadarab hossz: 350 mm Motor teljesítmény: 1,7 kw Termelékenység: 1-4 m/min Mérete: 800 x 1200 x 1300 mm A gép tömege: 200 kg - 7 -
3.ábra Brusa ta-30 rúdeszterga [www.faiparigepek..hu] A 4. ábrán látható az ezen dolgozat témájául szolgáló késtartó alkatrészt befogadó rúdeszterga felépítése, amely működése a következő: A forgó szerkezet késtartója (1) hordozza a forgástengely felé benyúló belső forgácsolókést. A négyzet keresztmetszetű fa előgyártmány kézzel adagolva először a késtartó tengelyvonalában lévő kúpos, majd megmunkálás után a szintén tengelyvonalban lévő hengeres furatban halad. A késtartó M27x3-as menettel a előtolóműhöz (2) csatlakozik. - 8 -
1.: Késtartó 2.: Előtolómű 3.: Előtoló görgő 4.: Távtartó 5.: M30 belső menet 6.: Alaplap 4.ábra Faipari rúdeszterga felépítése (robbantott ábra) Az előtolóműre vannak felszerelve a előtológörgők (3) melyek csapágyazva vannak 608 2Z mélyhornyú radiális golyóscsapággyal, melyek az előtolóművön (2) sugárirányban állíthatóak. Az előtolómű a távtartókon (4) keresztül csatlakozik az alaplaphoz (6). A távtartók az alaplaphoz hegesztve vannak. Az alaplap M30-as menettel (5) csatlakozik egy 30 mm külső átmérőjű, 10 mm-es furattal ellátott tengelyhez, ami két helyen van csapágyazva 6006 2RS jelű mélyhornyú radiális golyóscsapággyal. A csőtengely csapágyháza a gépalaphoz van rögzítve. A csőtengely végén egy 100 mm átmérőjű ékszíjtárcsa van, amely a meghajtást biztosítja a szerkezetnek. A rúdeszterga működése: A gépkezelő által kézzel előtolt munkadarab a forgó késtartó kúpos furatában eléri a megmunkálókést, amely hengeresre esztergálja. Ezután a munkadarab áthalad a késtartó hengeres furatán eléri az előtológörgőket (3). A három előre beállított görgő közrefogja a hengeres munkadarabot. Mivel az előtolómű úgy van kialakítva, hogy a felszerelt görgők forgástengelye nem párhuzamos a gép forgási tengelyével (az eltérés 3 o ), ezért egy axiális irányú előtolóerő ébred, amely átveszi a kezelőtől a kézi előtolást. A munkadarab immár gépi előtolással továbbhalad a fent leírt csőtengelybe, és a csőtengely ékszíjtárcsa felöli végén elhagyja a gépet. A kész munkadarab a csőtengelyt úgy hagyja el teljesen, hogy a következő munkadarab kitolja onnan, vagy az utolsó munkadarabot a kezelő kihúzza. - 9 -
A késtartó szerepe meghatározó a rúdeszterga működésében, hiszen ez az alkatrész tartalmazza a forgácsolókést, ill. biztosítja a munkadarab központos megvezetését is. Az alkatrészt olyan tűréssel kell elkészíteni, hogy az biztosítsa az alábbi pontossági értékeket: - A késtartó vezető felületeinek megengedett radiális ütése: max. 0.1 mm - A késtartó megengedett tengelyirányú mozgása: max. 0.2 mm - A gépen megmunkált munkadarabok átmérő-különbsége: max. 0.2 mm [2] 5.ábra A késtartó nézeti rajza 4. A technológiai folyamat tervezésének előkészítése 4.1 Az alkatrész funkcionális elemzése Az eredeti késtartó alkatrész funkcionális elemzése során olyan hibákat találtam, amely az alkatrész részleges áttervezését tette szükségessé. A 6. ábrán található a jelű körgyűrű felület és az M27x3-as menet feladata az alkatrészt rögzíteni és pozícionálni úgy, hogy működés közben biztosítsa a késtartó alkatrész előírt tűréseken belüli működését. Az a jelű felület az előtolómű (4. ábra 2. számú alkatrész) megfelelő felületével érintkezve valóban biztosítja a két alkatrész szimmetria tengelyeinek előírt tűrésen belüli párhuzamosságát, de az M27x3-as menet nem elég az egytengelyűség precíz megvalósítására. - 10 -
6. ábra Az eredeti késtartó rajza A késtartó alkatrésszel kapcsolatos feltételek maradéktalan teljesülése érdekében az alkatrész rögzítési felületeit átterveztem. A 7. ábrán látható az áttervezett alkatrész vázlatrajza. Kialakítottam egy hengeres felületet (7. ábra b jelű), amely az előtolómű alkatrészen (4. ábra 2. számú) kialakítandó illesztett belső hengeres felülettel együtt már biztosítani fogja a két alkatrész egytengelyűségét. A fent leírt változtatások miatt a 6. ábra a jelű körgyűrű felület külső átmérőjét megnöveltem a pontosabb felfekvés biztosítása érdekében (7. ábra c felület). (A fenti módosítások miatt a késtartóhoz kapcsolódó előtolómű alkatrészt (4. ábra 2.tétel) is át kell tervezni, de ez nem tárgya a jelen dolgozatnak.) Az áttervezett késtartó részletes alkatrészrajza az M1 mellékletben található. - 11 -
7. ábra Az áttervezett késtartó vázlatrajza 4.2 A gyártás tömegszerűségének meghatározása A tömegszerűség együtthatója: és [3] ahol q- kibocsátási ütem, I m - a termelő berendezés munkarend szerinti időalapja, - 12 -
Q- az egy év alatt gyártandó mennyiség, a technológiai folyamat mechanikai megmunkálást tartalmazó műveleteinek becsült normaideje. Az időalap kiszámítása: 1 év = 52 hét, heti 5 munkanap, évi 10 nap leállás különböző okokból, 5 munkaszüneti nap. A napi munkaidő 8 óra 1 műszakban. A napi munkaidő számításánál figyelembe kell venni 20 perc pihenőidőt és 20 perc takarítási időt. 52 hét * 5 nap 15 nap = 245 nap/év I m = 245nap((8 óra*60 perc)-40 perc) = 107800 perc/év Q = 1800 db/év q= = =2,5 perc/művelet K s = Mivel célszerű. ezért egyedi gyártás és műhelyszerű gyártásrendszer tervezése 4.3 Anyagválasztás [4] Az alapanyag megnevezése: E295 szerkezeti acél (MSZ-EN 10025) Egyéb elnevezései: A50 (MSZ 500 ) St50-2 (DIN) Az alapanyag jellemzői: Acélcsoport: Melegen hengerelt termékek ötvözetlen szerkezeti acél. - 13 -
Felhasználási területe: Környezeti hőmérsékleten felhasznált hegesztett, szegecselt és csavarozott szerkezetek. 1. táblázat E295 szerkezeti acél vegyi összetétele C % Si % Mn % P% S % Cr % V% Ni% 0,1-0,3 0-0,6 0-2 0-0,045 0-0,045 0-0,3 0-0,1 0-0,4 Cu% W% Ti% Co% Pb% Mo% Al% 0-0,3 0-0,1 0-0,05 0-0,1 0-0,15 0-0,15 0-0,1 2. táblázat EN295 acél mechanikai tulajdonságai (T=20 o C) Mérettartomány Folyáshatár Szakítószilárdság Ø6mm Ø85mm R e = 295 MPa R m = 470-610 MPa 4.4 Megmunkálási ráhagyás számítása a legnagyobb külső átmérőre Az egy-egy művelettel eltávolított anyagréteg vastagsága akkora kell hogy legyen, hogy vele eltávolítsuk az előző műveletből örökölt hibákat (ϑ), de a még megmaradó réteg fedezze a soron következő művelet helyzet meghatározási és egyéb hibáit is (δ). Az így meghatározott anyagrétegek a megmunkálási, műveleti ráhagyások. A ráhagyások alapján határozzuk meg a közbenső műveletek méreteit és a teljes ráhagyás (a műveleti ráhagyások összege) alapján a kiinduló nyersdarab, illetve nyersanyag méretét.[5] 4.4.1 A ráhagyások összetevői és számításuk [5] Mivel a ráhagyások a megmunkálás során előforduló hibák biztosítására valók, ezért értékük a várható hibák alapján számíthatók. A ráhagyások helyes megállapítása fontos gazdaságossági kérdés is, mert a túl nagy ráhagyás anyagpazarlást, többletmunkát és költséget jelent, a túl kicsi ráhagyás viszont selejtet okoz. Valamely műveleti ráhagyás - a megmunkálási rendszeres és véletlen hibák alapján a következők szerint számíthatók: - 14 -
ϑ ϑ ϑ δ δ (1) ahol ϑ - az előző megmunkálásból származó felületi réteg anyagszerkezeti hibái és érdessége (hibás felületi réteg), ϑ a - az előző megmunkálás alak- és helyzethibája, ϑ m - az előző megmunkálás mérethibája. (A fenti változók az előző műveletből örökölt hibák.) δ b - a soron következő művelet bázismegválasztási hibája, δ f - a soron következő művelet felfogási hibája, k - a hibák eloszlási görbéjének alaki tényezője (forgácsolásnál k= 1.2). 4.4.2 A nyersdarabon biztosítandó teljes ráhagyás kiszámítása [5] ϑ ϑ ϑ δ δ (2) ahol ϑ - a nyersdarab szabvány szerinti hibás felületi rétege, ϑ any - a nyersdarab alaktűrése, ϑ mny - a nyersdarab mérettűrése, δ b - bázismegválasztási hiba. A (2) összefüggésben az n index a nagyolás műveletet jelenti. A ráhagyást oldalanként kell számítani, hengeres testek esetén pedig átmérőre. A kiszámított teljes ráhagyással megállapított nyersanyag (hengerelt vagy húzott áru) méretét mindig fel kell kerekíteni a legközelebbi kereskedelmi méretre. 4.4.3 Konkrét számítás a legnagyobb külső körátmérőre A nyersanyag hibás felületi rétegének vastagsága (Kovan V. M. szerint, közepes értékek [5]) 0.5-1.0 mm = 1.0 mm, átmérőre számítva: 2 1.0 mm=2.0 mm A hengerlés utáni munkadarab tengelymetszeti alakhibáit figyelembe kell venni úgy, hogy a teljes hosszméretet meg kell szorozni 1/1000-el: - 15 -
= 59,1* = 0,0591 mm, átmérőre: 2 0,0591 = 0,118 ~ 0,2 mm. A hengeres köracél pontossága MSZ 4337-52 alapján: ø 60-80 mm között: mm. ϑ ø ö ö, ebből a külső felületen az anyagba irányuló tűrés 1.0 mm. δ = 0, mivel a szerkesztési és a technológiai bázis egybeesik. δ = 1,0 mm, mivel az első befogásnál a nyers felületen fogjuk meg a munkadarabot. Átmérőre számolva: 2 1 mm = 2,0 mm. A megmunkálási ráhagyás nagyolásnál, a fentieket behelyettesítve: Z n = 2 + 1,2 = 4,69 mm ~ 4,7 mm A simítási ráhagyás: A nagyolt felület érdessége: R a = 12,5 µm R a ból R max számítása (Djacsenko szerint [5]): R a 0,18, ebből kifejezve R max = = 47,22 μm = 2 (2 R max ) = 2 2 47,22 = 0,188 mm = 59,1 = 0,018 mm, átmérőre számítva: 0,018 2 = 0,036 mm = 0,3 mm = 0 = 0,1 mm k = 1,2 A fentiek alapján a simítási ráhagyás összesen: Z s = 0,188 + 1,2 = 0,5699 mm ~ 0,57 mm A teljes ráhagyás: Z t = Z n + Z s = 4,7 mm + 0,57 mm = 5,27 mm 4.5 A legnagyobb hosszméretre számított ráhagyás = 0,3 mm = 0,04 mm = 1 mm - 16 -
Z o = 0,3 + 1,2 = 2,57 mm ~ 2,6 mm 4.6 Az előgyártmány mérete D o = ø59,1 mm + 5,27 mm = 64,37 mm mm L o = 60 mm + 2,6 mm = mm 3. táblázat A szabványos méretű előgyártmány [4] Anyagszám Anyagminőség Átmérő EN méret szabvány DIN szabvány RB003806500 S235JR 65,00 mm EN 10060 S235JR 5. A technológiai folyamat elemzése, tervezése 5.1. A műveleti sorrend részletes leírása 5.1.1 Darabolás (8. ábra) A művelet részletezése: - Befogás a szalagfűrészgép gépsatujába. - Darabolás mm-re. - A munkadarab kifogása A műveletet Bernardo MSB 320 szalagfűrészgéppel végezzük el. A daraboláshoz szükséges mérőeszköz Mitutoyo Digimatic 150/0,01 tolómérő, mérés-tartomány 0 150 mm, felbontás 0,01 mm. - 17 -
8. ábra Műveleti sorrend I. 5.1.2. Esztergálás A oldalon (9. ábra) A művelet részletezése: 5.1.2.1. Külső homlok- és palástfelületek nagyolása ( a, b, c, d felületek) Gép: Bernardo Profi 700BW egyetemes esztergagép Késszár: ISCAR PWLNR 1616H-06 (10. ábra) Lapka: WNMG 06T304-GN IC 3028 Készülék: DK-11-160 keményfém-pofás tokmány. Maximális munkadarab befogási átmérő: ø160 mm Mérőeszköz: Mitutoyo Digimatic 150/0,01 tolómérő Hűtő-kenő folyadék: Hűtő-kenő emulzió - 18 -
9. ábra Műveleti sorrend II. - 19 -
10. ábra ISCAR PWLNR 1616H-06 esztergakés fő méretei Műveletelem sorrend: - A munkadarab befogása az esztergagép tokmányába. - Érintőfogás vétele a c felületen. - Az a felület nagyoló keresztesztergálása L=62-0,1 mm hosszra. - A b felület nagyoló hosszesztergálása ø45,1-0,1 x30 mm hosszon. - A c felület nagyoló hosszesztergálása ø30,05-0,05 x24 mm hosszon. - A d felület nagyoló hosszesztergálása ø27,1-0,1 x17 mm hosszon. Technológiai adatok:[10], Forgácsoló sebesség: v c = 100 m/min Előtolás: f = 0,1 mm/ford Maximális fogásmélység: a pmax = 0,6 mm 5.1.2.2.Külső homlok- és palástfelületek simítása ( a, b, c, d felületek) Gép: Bernardo Profi 700BW egyetemes esztergagép Késszár: ISCAR PWLNR 1616H-06 (10. ábra) Lapka: WNMG 06T304-GN IC 3028 Készülék: DK-11-160 keményfém-pofás tokmány. Maximális munkadarab befogási átmérő: ø160 mm Mérőeszköz: Mitutoyo Digimatic 150/0,01 tolómérő Hűtő-kenő folyadék: Hűtő-kenő emulzió - 20 -
Műveletelem sorrend: - Érintőfogás vétele az a felületen. - Az a felület simító keresztesztergálása L =62-0,1 mm hosszra. - Érintőfogás vétele az b felületen. - A b felület simító hosszesztergálása ø45,1-0,1 x30 mm hosszon. - Érintőfogás vétele az c felületen. - A c felület simító hosszesztergálása ø30,05-0,05 x24 mm hosszon. - Érintőfogás vétele az d felületen. - A d felület simító hosszesztergálása ø27,1-0,1 x17 mm hosszon. - Élletörések esztergálása. Technológiai adatok: [10] Forgácsoló sebesség: v c = 100 m/min Előtolás: f = 0,1 mm/ford Maximális fogásmélység: a pmax = 0,5 mm 5.1.2.3. Beszúrások esztergálása ( e és f felületek) Gép: Bernardo Profi 700BW egyetemes esztergagép Késszár: ISCAR GHML 16 (11.ábra) Lapka: GIP 2.00-1.00 (12.ábra) 11. ábra ISCAR GHML 16 fő méretei [10] - 21 -
12. ábra Lapka: GIP 2.00-1.00 [10] Készülék: DK-11-160 keményfém-pofás tokmány. Maximális munkadarab befogási átmérő: ø160 mm Mérőeszköz: Mitutoyo Digimatic 150/0,01 tolómérő Hűtő-kenő folyadék: Hűtő-kenő emulzió Műveletelem sorrend: - Érintőfogás vétele a c felületen - Az e beszúrás esztergálása ø26,1-0,1 mm-re - Az f beszúrás esztergálása ø23,1-0,1 mm-re Technológiai adatok: Forgácsoló sebesség: v c = 30 m/min 13. ábra Késszár: ISCAR SEL 1616 H16 (a) Lapka: 16EL 3.00 ISO IC250 (b) [10] - 22 -
5.1.2.4 M27x3 mm külső metrikus menet esztergálása ( d felület) Gép: Bernardo Profi 700BW egyetemes esztergagép Késszár: ISCAR SEL 1616 H16 (13.ábra a ) Lapka: 16EL 3.00 ISO IC250 U típusú (13.ábra b ) Készülék: DK-11-160 keményfém-pofás tokmány. Maximális munkadarab befogási átmérő: ø160 mm. Mérőeszköz: Mitutoyo Digimatic 150/0,01 tolómérő, menetfésű (p = 3 mm) Technológiai adatok [10]: Forgácsolási sebesség: v c = 5 m/min Előtolás: f = 3mm/ford Maximális fogásmélység: a pmax = 0,5 mm Műveletelem sorrend: - Érintőfogás vétele a d felületen - M27x3 mm-es külső menet esztergálása 15 mm hosszon. - Munkadarab kifogása 5.1.3.Esztergálás B oldalon (14. ábra) A művelet részletezése: 5.1.3.1 Külső homlok- és palástfelületek nagyolása ( f és g felületek) Gép: Bernardo Profi 700BW egyetemes esztergagép Késszár: ISCAR PWLNR 1616H-06 (10. ábra) Lapka: WNMG 06T304-GN IC 3028 Készülék: DK-11-160 puha fémpofás tokmány. Maximális munkadarab befogási átmérő: ø160 mm Mérőeszköz: Mitutoyo Digimatic 150/0,01 tolómérő Hűtő-kenő folyadék: Hűtő-kenő emulzió. - 23 -
Műveletelem sorrend: - A munkadarab befogása a tokmányba c felületen, ütköztetés a tokmány felületéhez. - Érintőfogás vétele az A felületen. - Az f felület nagyoló keresztesztergálása L=6o,1-0,1 mm hosszra. - A g felület nagyoló hosszesztergálása ø59,1-0,1 x30 mm hosszon. Technológiai adatok [10]: Forgácsoló sebesség: v c = 100 m/min Előtolás: f = 0,1 mm/ford Maximális fogásmélység: a pmax = 0,6 mm 14. ábra Műveleti sorrend III. - 24 -
5.1.3.2.Külső homlok- és palástfelületek simítása ( f és g felületek) Gép: Bernardo Profi 700BW egyetemes esztergagép Késszár: ISCAR PWLNR 1616H-06 (10. ábra) Lapka: WNMG 06T304-GN IC 3028 Készülék: DK-11-160 puha fémpofás tokmány. Maximális munkadarab befogási átmérő: ø160 mm Mérőeszköz: Mitutoyo Digimatic 150/0,01 tolómérő Hűtő-kenő folyadék: Hűtő-kenő emulzió Műveletelem sorrend: - Érintőfogás vétele - Az f felület simító keresztesztergálása L=6o,1-0,1 mm hosszra. - A g felület simító hosszesztergálása ø59,1-0,1 x30 mm hosszon. - Élletörések esztergálása Technológiai adatok [10]: Forgácsoló sebesség: v c = 100 m/min Előtolás: f = 0,1 mm/ford Maximális fogásmélység: a pmax = 0,5 mm 5.1.3.3.Előfúrás ( 9 mm) ( h felület) Szerszám: TIVOLY HSSE Co5 ø8.5 mm csigafúró (15. ábra) Készülék: DK-11-160 puha fémpofás tokmány Maximális munkadarab befogási átmérő: ø160 mm Mérőeszköz: Mitutoyo Digimatic 150/0,01 tolómérő Hűtő-kenő folyadék: Hűtő-kenő emulzió 15. ábra TIVOLY HSSE Co5 ø9 mm csigafúró [9] - 25 -
Műveletelem sorrend: - A munkadarab megközelítése - A h felület előfúrása ø9x61 mm hosszon - Furatból kiállás Technológiai adatok [9]: Főorsó fordulatszám: 900 ford/min Előtolás: f z = 0.15 mm/ford 5.1.3.4 Kúpos furat esztergálása ( i felület) Késszár: ISCAR S0812J SWUBR-06 (16. ábra) Lapka: WBMT 060102L IC354 (16. ábra) 16. ábra ISCAR S0812J SWUBR-06 fő méretei [10] Készülék: DK-11-160 puha fémpofás tokmány. Maximális munkadarab befogási átmérő: ø160 mm Mérőeszköz: Mitutoyo Digimatic 150/0,01 tolómérő Hűtő-kenő folyadék: Hűtő-kenő emulzió - 26 -
Műveletelem sorrend: - A kézi szán beállítása a forgástengelyhez képest 20 ±0,5 -ra. - Érintőfogás vétele a h furat palástján. - i jelű kúpos furat esztergálása a forgástengelyhez képest 20 ±0,5 -ra beállított kéziszánnal ø21,9 +0,1 (kúp alap) átmérőig. - Kiállás a furatból. Technológiai adatok [10]: Forgácsoló sebesség: v c = 30 m/min Előtolás: f = 0,15 mm/ford Maximális fogásmélység: a pmax = 0,5 mm 5.1.3.5 Furatsimítás dörzsárral ( 9,25 +0,05 mm) ( h felület) Szerszám: Magafor HSSE COBALT ø9,25 mm-es gépi dörzsár (17. ábra) 17. ábra Magafor HSSE COBALT ø9,25 mm-es gépi dörzsár [9] Készülék: DK-11-160 puha fémpofás tokmány. Maximális munkadarab befogási átmérő: ø160 mm Mérőeszköz: Mitutoyo Digimatic 150/0,01 tolómérő Hűtő-kenő folyadék: Hűtő-kenő emulzió Műveletelem sorrend: - Munkadarab megközelítése - A h jelű furat dörzsárazása ø9,25 +0,05 x45 mm hosszon. - Kiállás a furatból - A munkadarab kifogása - 27 -
Technológiai adatok [9]: Főorsó fordulatszám: 750 ford/min Előtolás: f z = 0.03 mm/fog 5.1.4. Marás-fúrás (19. ábra) 5.1.4.1 Süllyesztés marása ( j és o felületek) Gép: Holzmann BF 600 D univerzális marógép Szerszám: TIVOLY P651 ø 20 mm-es keményfém szármaró (18..ábra) Készülék: BS-0 osztófej + DK11-80 puhapofás tokmány Maximális munkadarab befogási átmérő: ø80 mm 18. ábra TIVOLY P651 ø 20 mm-es keményfém szármaró [9] Mérőeszköz: Mitutoyo Digimatic 150/0,01 tolómérő Hűtő-kenő folyadék: Hűtő-kenő emulzió Műveletelem sorrend: - A munkadarab befogása az osztófej tokmányába, ütköztetés a tokmány felületéhez. - Érintőfogások vétele a g felületen (14. ábra) a marószerszám homlokfelületével, ezután az f felületen (14. ábra) a szerszám palástfelületével.. - A j és o felületek (20 mm széles horony) marása 40 +0,1 mm hosszon, 25 +0,1 mm mélyen. - 28 -
19. ábra Műveleti sorrend IV. Technológiai adatok [9]: Főorsó fordulatszám: 1600 ford/min Előtolás: f z = 0,08 mm/fog - 29 -
5.1.4.2 Fúrás ( 6,5 mm, k felület) Gép: Holzmann BF 600 D univerzális marógép Szerszám: TIVOLY HSSE Co5 ø6,5 mm-es csigafúró (20. ábra) Készülék: BS-0 osztófej + DK11-80 puhapofás tokmány Maximális munkadarab befogási átmérő: ø80 mm Mérőeszköz: Mitutoyo Digimatic 150/0,01 tolómérő Hűtő-kenő folyadék: Hűtő-kenő emulzió 20. ábra TIVOLY HSSE Co5 ø6,5 mm-es csigafúró [9] Műveletelem sorrend: - Érintőfogás vétele a g felületen (19. ábra) a fúrószerszám palástfelületével. - A k felületen átmenő furat fúrása ø6,5 +0,1 méretre. - Furatból kiállás Technológiai adatok [9]: Főorsó fordulatszám: 1300 ford/min Előtolás: f z = 0,15 mm/fog 5.1.4.3 Süllyesztés marása ( m és n felületek) Gép: Holzmann BF 600 D univerzális marógép Szerszám: TIVOLY P651 ø 20 mm-es keményfém szármaró (18..ábra) Készülék: BS-0 osztófej + DK11-80 puhapofás tokmány Maximális munkadarab befogási átmérő: ø80 mm - 30 -
Mérőeszköz: Mitutoyo Digimatic 150/0,01 tolómérő Hűtő-kenő folyadék: Hűtő-kenő emulzió Műveletelem sorrend: - A munkadarab elforgatása az osztófejjel 180 0 -al. - Érintőfogás vétele a g felületen (14. ábra) a marószerszám palástfelületével majd az f felületen (14. ábra) a szerszám homlokfelületével. - Az m és n felületek (20 mm széles horony) marása 25 +0,1 mm hosszon, 25 +0,1 mm mélyen. Technológiai adatok [9]: Főorsó fordulatszám: 1600 ford/min Előtolás: f z = 0,08 mm/fog 5.1.4.4 Furat süllyesztés ( l felület) Gép: Holzmann BF 600 D univerzális marógép Szerszám: TIVOLY P645 ø10 mm-es keményfém ujjmaró (21. ábra) Készülék: BS-0 osztófej + DK11-80 puhapofás tokmány Maximális munkadarab befogási átmérő: ø80 mm Mérőeszköz: Mitutoyo Digimatic 150/0,01 tolómérő Hűtő-kenő folyadék: Hűtő-kenő emulzió 21. ábra TIVOLY P645 ø10 mm-es keményfém ujjmaró [9] - 31 -
Műveletelem sorrend: - Érintőfogás vétele a g felületen a szerszám palást- majd homlokfelületével. - - A szerszám tengelyének beállítása a k furat tengelyébe - Az l süllyesztés fúrása 9,5 +0,1 mm mélyen - Furatból kiállás - A munkadarab kifogása Technológiai adatok [9]: Főorsó fordulatszám: 1600 ford/min Előtolás: f z = 0,05 mm/fog 5.2. Forgácsoló erő és teljesítményszámítás 5.2.1 Forgácsoló erő és teljesítményszámítás nagyoló hosszesztergálási műveletre A forgácsoló erő és teljesítmény-szükséglet számítását a b felület nagyoló hosszesztergálása műveletre számolom ki (22. ábra), mivel ez a művelet egyike az esztergagéppel legtöbb forgácsot leválasztó, tehát a legnagyobb erő-, ill. teljesítményigényű műveletnek. A feladat elvégzésére rendelkezésre álló Bernardo Profi 700 BWV esztergagép egy viszonylag kisméretű szerszámgép, ezért célszerű eljárás az, hogy a fenti hosszesztergálási műveletre az ismert adatokból megkeresem a forgácsoló erő maximális értékét, amellyel a gép terhelhető. - 32 -
22. ábra A forgácsoló erő és teljesítményszámítás a b felület nagyoló hosszesztergálására történt. A rendelkezésre álló adatok: - v c = 100 m/min - forgácsoló sebesség - P motor = 1,35 kw - a villamos motor hálózatból felvett teljesítménye - motor =0,9 - a villamos motor összhatásfoka - gép =0,9 - a szerszámgép mechanikai hatásfoka - = 1480 N/mm 2 - a fajlagos főforgácsoló erő főértéke [8] - = 6 - a forgácsszélesség és a forgácsvastagság aránya - n = -6 szerszám homlokszög (10. ábra) - r = 70 0 szerszám elhelyezési szög - z = 0.3 - táblázat alapján [8] A szerszámgép villamos motorja, a forgácsolási állapotjelzők és a gép mechanikai paraméterei között az alábbi összefüggés van: - 33 -
[7] ahol: - P ö a szerszámgép által felvett összes villamos teljesítmény - F c a főforgácsoló erő [N] A fenti összefüggésből kifejezve, főforgácsoló erő maximális értéke: A fajlagos forgácsolóerő az erőszámítás egyik alaptényezője. Nagyon sok, kimondottan forgácsolástechnikai tényezőtől függ, melyek hatását az erőszámításoknál figyelembe kell venni. Ezeket a változókat a számítás során korrekciós tényezők formájában veszünk figyelembe. [8] Homlokszög korrekció (K γ ): A γ homlokszög -6 º, ezért a homlokszög korrekció, acélhoz [8] Forgácsoló sebesség korrekció (K v ): [8] A forgácsoló sebesség v c = 100 m/min, ezért a forgácsoló sebesség korrekció A szerszámanyag korrekciója K s = 0,9 kerámia szerszám esetén. Az alakkorrekció értéke külső hengeres felület esetén K a =1. [8] - 34 -
A fentiek alapján a fajlagos forgácsoló erő módosított értéke (k cmod ) az alábbiak szerint számolható ki: A fenti adatok ismeretében kiszámítható az előtolás maximális értéke a következő összefüggésekből. Az újonnan kiszámolt adatok segítségével megállapíthatjuk a maximális fogásmélységet: ; Mivel a fent leírt hosszesztergálási műveletnél választott maximális fogásmélység (a pmax = 0,6 mm) kisebb, mint a számított érték, (a max = 0,69 mm) ezért a megmunkálás biztonsággal elvégezhető a technológiai határokon belül. 5.2.2 Az előfúrás erő- és teljesítményszámítása (5.1.3.3. fejezet) A rendelkezésre álló adatok a következők: d = 9 mm a csigafúró átmérője n = 900 ford/min a főorsó fordulatszáma f z = 0.15 mm/fog a fogankénti előtolás értéke (a szerszámgyártó katalógusából) k c1.1 = 1480 N/mm 2 a megmunkálandó anyag fajlagos forgácsoló ellenállása η mot = 0.9 a meghajtó motor összhatásfoka η gép = 0.9 a szerszámgép mechanikai összhatásfoka P motmax = 1.35 kw a meghajtó motor hálózatból felvett legnagyobb villamos teljesítménye = 59 - szerszám él elhelyezési szög γ = 20 - szerszám homlokszög - 35 -
α = 20 - szerszám hátszög k k = 1.3 szerszámkopási tényező k elj = 1.15 eljárási tényező Fúrás esetén a forgácskeresztmetszetet az alábbi összefüggés alapján határozom meg: Az egy élre jutó forgácsvastagság: Az egy élre jutó forgácsszélesség: A forgácsoló sebesség a főorsó fordulatszámából és a szerszám átmérőjéből kiszámolva: A forgácsoló erő meghatározásához szükséges összefüggések: és ahol A forgácsoló erő a fentiekből: A csigafúró forgatásához szükséges nyomaték: A forgácsolás teljesítményigénye: - 36 -
A szerszámgép motorjának teljesítményigénye: Mivel P motmax > P mot, ezért a feladat elvégezhető kiválasztott szerszámgéppel. 5.2.3 A horonymarás erő és teljesítmény számítása (5.1.4.1. fejezet) A munkadarabon két horony marását kell elvégezni. (19. ábra j és o felületek) A megmunkálást Holzmann BF 600 D univerzális marógéppel és TIVOLY P651 ø 20 mmes keményfém szármaróval hajtom végre. A számítás elvégzése során meghatározom azt a legnagyobb fogásmélységet, amellyel a marási művelet végrehajtható, tekintettel arra, hogy a fenti marógép függőleges főorsóját hajtó villanymotor csak 1.6 kw teljesítményű. A rendelkezésre álló adatok a következők: P motmax = 1.6 kw a meghajtó motor hálózatból felvett legnagyobb villamos teljesítménye n = 1600 ford/min a főorsó fordulatszáma η mot = 0.9 a meghajtó motor összhatásfoka η gép = 0.9 a szerszámgép mechanikai összhatásfoka f z = 0.08 mm/fog a fogankénti előtolás értéke (a szerszámgyártó katalógusából) k c1.1 = 1480 N/mm 2 a megmunkálandó anyag fajlagos forgácsoló ellenállása z m = 2 a marószerszám fogszáma = 90 - szerszám-elhelyezési szög γ = 6 - szerszám homlokszög z = 0.28 a forgácsvastagság kitevője Kienzle és Victor mérései alapján [8] ψ = 1 kapcsolási szám (az egy időben fogásban lévő szerszám élek száma) A horonymarás művelete forgácsolástechnológiai szempontból szimmetrikus palásthomlokmarás. Ebben az esetben b w = d és az alkalmazott szármaró geometriai kialakítása miatt = 90. Az átlagos forgácsvastagság értéke: A fajlagos forgácsoló erőt az alábbi összefüggésből számolom ki a fajlagos forgácsolási ellenállás értékéből és a megmunkálásra jellemző módosító tényezőkből: - 37 -
A fajlagos forgácsoló erő módosító tényezőit az alábbiak szerint határozom meg: és ahol, A marási művelet maximális fogásmélységét a marásra általánosan használt összefüggésén túl az alkalmazott szerszámgép villamos motorjának teljesítményét és a hatásfokokat is figyelembe vevő összefüggésekből határozom meg: és [1] [2] A [2] összefüggést behelyettesítve az [1] összefüggésbe az alábbiakat kapom: Ebből kifejezem a maximális fogásmélységet: 5.3 A forgácsoló szerszámok kiválasztásának menete Az adott forgácsoló szerszám akkor megfelelő a kiválasztott forgácsolási feladatra, ha forgácsolástechnológiai szempontból alkalmas az adott anyagot gazdaságosan forgácsolni, a forgácsolóél geometriai alakja megfelel a feladathoz, illetve a kiválasztott lapkát befogadni képes késszár beilleszthető a kiválasztott szerszámgép szerszámtartójába. Mai világunkban, ahol a szerszámgyártók között is rendkívül éles verseny folyik a vásárlók - 38 -
megszerzéséért, a beszerzésnek rengeteg forrása van. Ezek közül egy internetes web áruházban mutatom be a szerszám kiválasztásának folyamatát.[10] 23. ábra A forgácsoló szerszám kiválasztása a g felület nagyoló hosszesztergálás műveletére történt. Jelen esetben az ISCAR cég weboldalán [10] választottam ki a feladathoz szükséges forgácsolószerszámokat. A feladatomban legáltalánosabb forgácsolási művelet a külső felület hosszesztergálása. A fenti honlapon először kiválasztom az esztergálás módját (ISO esztergálás) (24. ábra 1. lépés), ezután kiválasztjuk a felhasználni kívánt almenüt. Mivel ebben az almenüben találhatók olyan szerszámkonstrukciók, amellyel egy - 39 -
szerszámmal többféle (hossz- és kereszt) esztergálási műveletet is el lehet végezni, így célszerű ezek közül választani (külső trigon 95 o -os eszterga szerszám.) (24. ábra 2. lépés). 24. ábra Forgácsolószerszámok kiválasztásának menete internetes honlapon keresztül I. [10] A következő almenübe lépve azon késszárak közül választhatok, amelyekbe beszerelhető a fent leírt trigon lapka. (25. ábra 3. lépés) Itt kiválasztom a PWLNR szárat, innen továbblépve különböző méretválasztékból tallózhatok. (26. ábra, 4.lépés). Az esztergálási művelethez használt Bernardo BWV esztergagéphez a gyártó 16x16 mm-es keresztmetszetű késszárat ajánl, ezért ezt választom. Ezután a bal oldali menüből a szárhoz tartozó lapkát keresem meg (26. ábra 5. lépés). Ennél a lépésnél egy újabb almenübe belépve a választható lapkák között kiválasztom a nagyolási és simítási műveletre egyaránt alkalmas WNMM-NM típusú lapkát (27. ábra 6. lépés). Ez a választás még kizárólag a lapka geometriai kialakítását határozza meg, az anyagösszetételére még nem tartalmaz információt. Rákattintva a fenti lapka képére egy almenüben a forgácsolandó anyaghoz választhatjuk ki az optimális anyagösszetételű lapkát (28. ábra, 7. lépés). Ezzel megtaláltuk az adott műveletelem elvégzéséhez szükséges szerszámot. - 40 -
25. ábra Forgácsolószerszámok kiválasztásának menete internetes honlapon keresztül II. [10] 26. ábra Forgácsolószerszámok kiválasztásának menete internetes honlapon keresztül III. [10] - 41 -
27. ábra Forgácsolószerszámok kiválasztásának menete internetes honlapon keresztül IV. [10] 28. ábra Forgácsolószerszámok kiválasztásának menete internetes honlapon keresztül V. [10] A fenti választási folyamattal a legtöbb szerszám megkereshető. Vannak azonban olyan, a szerszám kiválasztása szempontjából különlegesnek mondható forgácsolási műveletelemek, melyek esetében a fent leírt eljárás nem a legjobb. Ilyen eset például a 9. ábrán található e és f jelű beszúrás esztergálása, amikor a gombhoz kell kabátot keresnünk, vagyis visszafelé kell a szerszám kiválasztását végrehajtani. A fenti példánál maradva a két beszúrás kör szelvényű, 2 mm széles horony, tehát először gyakorlatilag egy R=1 mm sugarú profillapkát kell keresni, majd a folyamaton visszafelé haladva a lapkához kell késszárat választani, remélve, hogy találunk a - 42 -
kínálatban olyat, amely a rendelkezésre álló esztergagép szerszámtartójába is befogható. 5.4. Az alkalmazott szerszámgépek bemutatása Darabolás: Bernardo MSB 320 H szalagfűrész (29. ábra) Műszaki adatai: - Szalagsebesség: 20 100 m/min - Max. fűrészelhető átmérő: 320 mm - Villamos motor teljesítménye: 1,5 kw - Fűrészszalag mérete: 4160 x 27 x 0,9 mm A szerszámgéppel végzett művelet: darabolás (8. ábra) 29. ábra Bernardo MSB 320 H szalagfűrész [12] - 43 -
Esztergálás: Bernardo Profi BWV egyetemes csúcseszterga (30. ábra) Műszaki adatai: - Csúcstávolság: 700 mm - Csúcsmagasság: 140 mm - Elfordulás a szán felett: 280 mm - Főorsó max. fordulatszáma: 2500 1/min - Motor teljesítmény: 1,3 kw 30. ábra Bernardo Profi BWV egyetemes csúcseszterga [11] A szerszámgéppel végzett műveletek: - Külső homlok- és palástfelületek nagyolása ( 9. ábra a, b, c, d felületek) - Külső homlok- és palástfelületek simítása ( 9. ábra a, b, c, d felületek) - Beszúrások esztergálása (9. ábra e és f felületek) - M27x3 mm külső metrikus menet esztergálása (9. ábra d felület) - Külső homlok- és palástfelületek nagyolása ( 14. ábra f és g felületek) - Külső homlok- és palástfelületek simítása ( 14. ábra f és g felületek) - Élletörések esztergálása - Előfúrás (ø9 mm) (14. ábra h felület) - Kúpos furat esztergálása (14. ábra i felület) - Furatsimítás dörzsárral (ø9,25 +0,05 mm) (14. ábra h felület) - 44 -
Marás Fúrás: Holzmann BF 600 D univerzális marógép (31. ábra) Műszaki adatai: - Asztalméret: 280x1200mm - X mozgástartomány hossza: 600 mm - Y mozgástartomány hossza: 230 mm - Z mozgástartomány hossza: 380 mm - Függőleges főorsó fordulatszáma: 115 1750 ford/min - Vízszintes főorsó fordulatszáma: 60 1355 ford/min - Függőleges főorsó motorteljesítménye: 1,6 kw - Vízszintes főorsó motorteljesítménye: 2,3 kw 31. ábra Holzmann BF 600 D univerzális marógép[12] - 45 -
A szerszámgéppel végzett műveletek: - Süllyesztés marása (19. ábra j és o felületek) - Fúrás (ø6,5 mm)(19. ábra k felület) - Süllyesztés marása (19. ábra m és n felületek) - Furat süllyesztés (19. ábra l felület) 5.5. A megmunkálás során előforduló hibák számbavétele [8] Darabolásnál: Mérethiba: - Az ütköző helytelen beállításából (javítható vagy javíthatatlan selejt). - Az ütköző megmunkálás közbeni elállítódásából (általában javítható selejt). - Az ütköző és a munkadarab közé szorult szennyeződésből (általában javíthatatlan selejt). Ferde fűrészelés: - A munkadarab merőlegestől eltérő felhelyezése és rögzítése. - A fűrészszalag merőlegestől való eltérése a megmunkálás folyamán (javítható vagy javíthatatlan selejt). Esztergálásnál: Felfogási hiba: - A befogáskor szükséges ütköztetés helytelen végrehajtásakor. - Az ütköztető, felfekvő felületek szennyezettsége esetén.(általában javíthatatlan selejt). Szerszám beállításból eredő hiba: - Ha a szerszámot nem a tűrésmező közepére állítjuk, akkor a gép szórásával összegződve tűrésen kívüli méretű munkadarabok készülhetnek. Mérési hiba: - A mérőeszköz helytelen beállításából, vagy rossz állapotából adódik. - 46 -
Mérethiba: - A lapka kopásából eredő méret- és felületi minőség hiba. Fúrás marásnál: Felfogási hiba: - A befogáskor szükséges ütköztetés helytelen végrehajtásakor. - Az ütköztető, felfekvő felületek szennyezettsége esetén.(általában javíthatatlan selejt). Szerszám beállításból eredő hiba: - Ha a szerszámot nem a tűrésmező közepére állítjuk, akkor a gép szórásával összegződve tűrésen kívüli méretű munkadarabok készülhetnek. Mérési hiba: - A mérőeszköz helytelen beállításából, vagy rossz állapotából adódik. Mérethiba: - A marószerszám kopásából eredő méret- és felületi minőség hiba. - 47 -
6. A gyártás automatizálása CNC szerszámgéppel 6.1 A gyártás automatizálásának szükségessége és megvalósításának egy módja A dolgozatom előző részében kidolgozott technológia havi 150 db., azaz évi 1800 db. késtartó alkatrész gyártására lett kiszámolva. Ha a gyártandó munkadarabok darabszáma emelkedik, akkor felvetődik a gyártás automatizálásának lehetősége. Ebben a fejezetben számjegyvezérlésű szerszámgépekkel valósítom meg ezt a feladatot. A gyártás megtervezésénél nagyon fontos tényező a beindításhoz szükséges költségek alacsony szinten tartása, mivel a magas kezdeti költségek esetén hosszabb ideig lesz a folyamat veszteséges [13]. A késtartó alkatrész automatizált gyártásához egy CNC esztergagépre és egy CNC marógépre van szükség. E két szerszámgép beszerzése jelentősen megemeli a gyártás költségeit, ezért az új gépek beszerzésén kívül érdemes más lehetőséget is figyelembe venni. Vannak szerszámgép gyártók, akik hagyományos (egyetemes) gépeket és CNC vezérlésű szerszámgépeket is gyártanak, forgalmaznak. Ezek a cégek kínálnak a vásárlóknak ún. CNC átalakító készleteket, amellyel a hagyományos gépeiket lehet számjegyvezérlésű automatára átalakítani. Az így felmerülő költségek lényegesen kisebbek, mint egy új CNC gép vásárlása, beleszámítva az átalakítás munkaideje miatt fellépő termeléskiesést is. Az átalakító készletek alkatrészei készre vannak munkálva, maga az átalakítás forgácsoló műveletet nem igényel csak szerelést. Az átalakító készletek általában nem tartalmazzák a vezérléshez szükséges számítógépet és a vezérlő szoftvert. A költségek további csökkentése érdekében egy ingyenes CNC vezérlő szoftvert fogok használni. 6.2 A LinuxCNC [14] A LinuxCNC, régi nevén EMC (Enhanced Machine Control, Kibővített gépvezérlés) a számjegyvezérlésű szerszámgépek vezérlésére szolgáló szoftverrendszer. A LinuxCNC ingyenes és nyílt forráskódú (GNU General Public License alatt kerül kiadásra). - 48 -
6.3 A LinuxCNC főbb jellemzői Descartes-féle koordináta rendszerek támogatása. Nem-Descartes-féle koordináta rendszerek támogatása egyedi kinematikai modulokkal (polár koordináta rendszer, hexapodok és csuklós rendszerek) G-kódértelmező (RS-274 programnyelv) Valós idejű mozgástervező rendszer, előreolvasási funkcióval. Szerszámsugár és hosszkorrekció, adott tűrésen belüli szerszámmozgás, szinkronizált főorsó esetén menetvágás a szerszámgépen, állandó forgácsoló sebességű vezérlés. Vezérelni tudja az alacsony szintű gépi elektronikát (pl. érzékelők, motorvezérlők) A vezérlő egy időben 9 tengelyt tud vezérelni, kezelni tudja az analóg és a PWM szervomotorokat szoftveres visszacsatolással és a léptetőmotorokat nyílt hurkú vezérléssel. A LinuxCNC nem tartalmaz sem CAD, sem pedig CAM programot a G-kód más formátumú dokumentumból történő előállításhoz. [14] A LinuxCNC nagy előnye az ún. HAL (Hardware Abstract Layer, Hardver absztrakciós réteg) alkalmazása, amely segítségével grafikus felületen úgy lehet a vezérlő programot konfigurálni egy szerszámgéphez, hogy a teljes vezérlő programot nem kell újrafordítani. Ezzel az eljárással több szerszámgép is vezérelhető egy szoftverrel úgy, hogy csak az adott géphez tartozó HAL fájlt kell konfigurálni és elindítani. Ez a vezérlési mód nem egyenlő a DNC (Direkt NC) [8] vezérlési móddal ahol egy központi számítógép több szerszámgép egyidejű vezérlési feladatait látja el. A LinuxCNC legegyszerűbb beszerzési módja a http://linuxcnc.org oldalon található linux disztribúciók közül a legfrissebb Ubuntu változat letöltése és telepítése. (A linux disztribúciók közül csak az Ubuntu tartalmazza a LinuxCNC programot.) [15] A LinuxCNC-ben háromféle GUI (Graphic User Interface, Grafikus felhasználói felület) található, melyek közül a telepítés után a legtöbb funkcióval rendelkező AXIS elnevezésűt állítom be és a fejezet további részében ezt fogom használni. 6.4 A munkadarab befogása és a munkadarab nullpontjának kiszámítása A munkadarabot az átalakított CNC esztergagépbe DK-11-160 keményfém-pofás tokmányba fogom be, így az előgyártmány és a kész munkadarab szimmetria tengelyei - 49 -
egybeesnek. Hosszirányú pozícionálás céljából az előgyártmányt ütköztetem a tokmány sík felületéhez. A munkadarab nullpontjának meghatározásánál úgy kell elhelyezni a munkadarabot az előgyártmányban, hogy mind a munkadarab, mind az előgyártmány hosszméreteinek alsó és felső határértékei esetén maradjon még leválasztható anyagvastagság mindkét oldalon. A könnyebb számolás érdekében a vizsgált hosszméretek értékeit átszámolom szimmetrikus tűrésmezőre: Az előgyártmány hossza: A munkadarab hossza: 32. ábra A munkadarab nullpontjának meghatározása A munkadarab nullpontját a munkadarab szimmetria tengelye és az a sík döféspontjában veszem fel, mivel az a felület a megmunkálandó hosszméretek bázisa ebben a befogásban. A megmunkálási ráhagyás legkisebb értéke akkor keletkezik, amikor a munkadarab hosszmérete a felső határméreten és az előgyártmány hosszmérete az alsó határméreten van. Ezt az esetet mutatom be az 32. ábrán, ahonnan a Z tengely nullpont eltolás értéke leolvasható. Ezzel a nullpont beállítással és az előgyártmány felső határméretével számolva az a felületen 1.325 mm leválasztandó anyagvastagság lesz, amit figyelembe kell a későbbiekben venni az a felület megmunkálásánál és gyorsjáratban való megközelítésénél. - 50 -
33. ábra Az NC esztergagép koordináta rendszerei Az NC szerszámgép koordináta rendszerének nullpontját a gyártó határozza meg. [8] Jelen esetben, egy egyetemes esztergagép CNC átalakításánál ezt az átalakítást végző teszi meg. Mivel az esztergán végzett megmunkálások többségénél a munkadarab befogását a fent említett hárompofás tokmánnyal végzik, ezért a későbbi számítások egyszerűsítése céljából érdemes a gépi nullpontot (M) és a felfogási nullpontot (A) fedésbe hozni úgy, hogy mindkettő a tokmány felfogási (ütköztetett) síkjában legyen. Ezt a beállítást a LinuxCNC adott géphez tartozó HAL fájljában lehet beállítani és ott változás esetén bármikor lehet módosítani. 6.5 A munkadarab nullpontjának beállítása A munkadarab nullpontját úgy kell felvenni, hogy a koordináta értékeket közvetlenül a munkadarab rajzáról lehessen leolvasni, a befogást, beállítást egyszerűsítse, az útinformációk ellenőrzését megkönnyítse. [8] A gépi és a munkadarab koordináta rendszerek fedésbe hozása a munkadarab geometriai méreteinek egyszerűbb programozása miatt szükséges. Egy beállítással az azonos munkadarabok sorozatban gyárthatók.[8] Aritmetikai nullpont eltolásnál az értékeket kézi adatbevitellel juttatom a vezérlésbe, a következő módon: - 51 -
A LinuxCNC AXIS grafikus felhasználói felületén az MDI (Manual Data Input Kézi adatbevitel) fülön beírom a G92.1XZ parancsot, amely töröl minden esetleges korábbi eltolást az X és a Z tengelyen. A következő paranccsal a hossz szánt a munkadarab nullpontjába viszem: G0 Z62.275 (A nullpont beállítása során még nincs előgyártmány befogva a tokmányba.) Az AXIS felületen található Touch of gomb megnyomásakor egy felbukkanó ablakba lehet beírni az eltolás értékét (a jelen esetben 0 mm-t, mert ebben a pozícióban veszem fel az új nullpontot). Ezt az eltolási értéket a G54 címen munkadarab nullpontként fogja tárolni a vezérlés. Ez a beállítás a LinuxCNC programból való kilépésig megőrződik (ún. öröklődő utasítás). 34. ábra Esztergálás az A oldalon 6.6 A szerszámpálya programozása A szerszámpálya NC programozásának menetét a késtartó munkadarab a, b, c, d felületeinek hossz- és keresztesztergálása műveletein keresztül mutatom be. (34. ábra) A műveletek elvégzéséhez ugyanazt a szerszámot választom, mint amit az automatizálás nélküli műveletterv kidolgozásánál választottam. (35. ábra) - 52 -
A szerszámpálya programozása során a szerszám beállítási méreteit kétféleképpen lehet meghatározni. Be lehet állítani a tűrésmező közepére, vagy a tűrésmező alsó határához közeli értékre (külső felület esetén). A beállítási méret tűrésmező közepére helyezése a legegyszerűbb eset, én is ezt fogom alkalmazni, mivel a megmunkáló rendszer saját pontatlanságát (szórását) egyelőre nem ismerem. [8] A programírás egyszerűsítése miatt a munkadarab programozáshoz felhasznált méreteit átszámolom, a 36. ábrán csak a szimmetrikusan tűrésezett méretek névleges értékeit tüntetem fel a rajz könnyebb átláthatósága miatt. A műveletelemek a következők lesznek (36. ábra): Oldalazás (1.) Simító oldalazás (2.) Külső felület nagyoló hosszesztergálása (3. 4. 5.) Külső felület simító hossz- és keresztesztergálása élletöréssel (6.) 6.7 A műveletelemek NC programozása Az NC programozás feladata a munkadarab előállításához szükséges információk megadása a vezérlés számára érthető nyelven és formában. Az információ fajtái: 35. ábra ISCAR PWLNR 1616H-06 esztergakés fő méretei Geometriai információk, amelyek a munkadarab alakját eredményezik. Kapcsolási információk, amelyek a megmunkálás előírt folyamatát biztosítják (pl. előtolás, fordulatszám, szerszámváltás stb.). [8] - 53 -
36. ábra A műveletelemek meghatározása és a beállítási méreteik 6.8 Az NC program felépítése Az alkatrész NC programja a program kezdete és a program vége utasítások (mindkét esetben egy % karakter) közötti karaktersorozat. A program elején, az ún. header (fejrész) részben kétféle utasítást adok meg: - A törlő utasítások 0 értékre állítják azoknak a regisztereknek az értékét, amelyek egy konstans értékkel módosítanak egy geometriai értéket. Ezek lehetnek koordináta rendszer eltolások és a szerszám geometriai méretéhez kapcsolódó eltolások. - Meghatározom azoknak a változóknak az értékét, amelyek általában a teljes program futása alatt érvényben lesznek (ún. öröklődő utasítások). Ezek az utasítások pl. meghatározzák a további számadatokhoz rendelendő mértékegységet (G21), deklarálja azt a síkot, amelyen a vezérelt pont haladni fog (G18). Ebben a programozási feladatban header fájl a következőképpen néz ki: (Az RS-274 programnyelvben a zárójelek ( ) közé írt karaktereket a kódértelmező figyelmen kívül hagyja.) N1 % N2 G21 (a mértékegység kiválasztása: mm) N3 G40 (az esetlegesen örökölt szerszámsugár-kompenzációk törlése) N4 G49 (az esetlegesen örökölt szerszámhossz-kompenzációk törlése) - 54 -
N5 T1 (az 01 számú szerszám használata a 01 számú tárolóhelyen lévő kompenzációs értékekkel.) N6 G18 (az XZ munkasík kiválasztása.) N7 G96D2500S100 (állandó sebességű forgácsolás az "S" címen meghatározott értékkel -m/min- és a "D" címen meghatározott maximális főorsó fordulatszámmal -ford/min-.) N8 G92.1 (minden nullpont eltolás - az esetleges örököltek is - törlése) N9 G90 (abszolút méretmegadás bekapcsolása) N10 G8 (sugár mód bekapcsolása. Az X koordináta értékeit sugár értékként adom meg, tehát az érték meg fog egyezni a szerszám tényleges elmozdulásával.) A LinuxCNC utasításkészletéből hiányzik a G70 G71 és G72 nagyoló, kereszt és kontúrkövető hosszesztergálás ezért a műveletelemek programozását ezek nélkül az egyszerű ciklusok nélkül kell megoldani. A ciklus több, megfelelő sorrendben végrehajtott elmozdulásból álló ismétlődő folyamat, amely során a szerszám visszatér a kiindulási pontba. Két egymást követő ciklus közötti helyzetkülönbség általában egyenlő a fogás nagyságával. 37. ábra A hosszesztergáló ciklus felépítése - 55 -
A 37. ábrán a hosszesztergáló ciklus felépítése látható. A G91 utasítás növekményes (inkrementális) méretmegadást határoz meg, ahol a szerszámút távolság-megadásánál a célpont és az indulópont különbség vektorát kell programozni. [8] A beépített hosszesztergáló ciklusok hiányában, manuálisan végzett ciklusírás esetén ez nagy figyelmet igénylő monoton tevékenység. Az 36. ábrán található 1. keresztnagyoló műveletelem 2 fogással elvégezhető, ami manuális programírással megoldható. A 3. 4. és az 5. műveletelem programozása esetén már 34 fogás szerszámpályáját kell leírni, amelyhez más megoldást mutatok be. 6.9 A repeat ciklus A repeat (ismétlés) utasítás a repeat/endrepeat szavak között található utasításokat fogja végrehajtani a [ ] ben meghatározott alkalommal. Szintaktikailag a következő a felépítése: o100 repeat [n] (ciklusmag) o100 endrepeat A ciklus alkalmazását a 32. ábra 3. műveletelemére mutatom be. 6.9.1 Az [n] értékének meghatározása Az [n] értékét úgy határozom meg, hogy a 3. műveletelem során leválasztandó anyagvastagság értékét elosztom a maximális fogásmélységgel és az így kapott értéknek veszem az alsó egészrészét: ahol a 3. műveletelem kezdő átmérője [mm] - a 3. műveletelem befejező átmérője [mm] - a maximális fogásmélység az 5.2. fejezet számítása szerint. [mm] A fenti összefüggésbe behelyettesítve a 3. műveletelem adatait: - 56 -
A szükséges adatok meghatározása után a 3. műveletelem megmunkálásához szükséges szerszámmozgások NC programja a repeat ciklussal a következőképpen néz ki: ( ) N1 G0 X66Z1 N2 o100 repeat [14] N3 G91 (növekményes méretmegadás bekapcsolása) N4 G1 Z-30.95 N5 G0 X1Z1 N6 G0 Z29.95 N7 G0 X-[0.69*2+1] N8 o100 endrepeat N9 G90 N10 G7 (átmérő mód bekapcsolása) N11 G0 X45.45 (a műveletelem befejező átmérője) N12 G91 N13 G1 Z-30.95 N14 G0 X1Z1 N15 G0 Z29.95 N16 G90 ( ) A repeat ciklus alkalmazásával jelentőse egyszerűsödik a műveletelemek programozása. Hátránya viszont az, hogy minden más méretű műveletelemhez újra kell írni a programot úgy, hogy a programsorok között kell megkeresni a megváltoztatandó értékeket és azokat az új műveletelem megfelelő értékével kell helyettesíteni. Ennek kiküszöbölésére írtam egy olyan programot, amelyben csak egy jól körülhatárolt részen kell az adatokat bevinni, csökkentve a figyelmetlenségből adódó hibázás lehetőségét. 6.10 A while ciklus A while ciklusban egy meghatározott helyen van egy logikai művelet, amely a ciklus kezdetén lesz kiértékelve. Akkor fut le a ciklusmagban lévő programkód, amikor a logikai művelet kiértékelése igaz. A ciklusmag utáni sorban valamilyen matematikai műveletet hajtunk végre a fent említett logikai műveletben szereplő tagokkal, amely következményeként a tag vagy tagok értéke megváltozik. Amikor a változtatás utáni logikai kiértékelés hamis lesz, akkor a program kilép a ciklusból és a ciklust záró endwhile kifejezés után folytatja a futását. - 57 -
N1 o100 while [a érték logikai művelet b érték] N2 (a ciklusmag programsorai) N3 [matematikai művelet az a és/vagy b értékkel] N4 o100 endwhile A ciklusprogram megírásához ún. nevezett paramétereket fogok használni. Ezek a névvel ellátott változók a programban az adatbevitelt fogják megvalósítani. Szintaktikailag #<változo_neve> formában érvényes a definiálása. A ciklus felépítése a 3. műveletelemre a következő lesz: N1 (----------3.műveletelem----------) N2 (-----------------------------------------------------------------) N3 (---Adja meg a műveletelem végrehajtásához szükséges adatokat! ---) N4 (-----------------------------------------------------------------) N5 #<kezdo_x_atmero>= 66 (a ciklus kezdő X átmérője) N6 #<befejezo_x_atmero>= 45.45 (a ciklus befejező X átmérője) N7 #<kezdo_z_koordinata>= 0 (a ciklus kezdő Z koordinátája) N8 #<befejezo_z_koordinata>= -29.75 (a ciklus befejező Z koordinátája) N9 #<fogasmelyseg>= 0.69 (a fogásmélység -mm-ben-) N10(-----------------------------------------------------------------) N11(---------------------Az adatbevitel vége!------------------------) N12(-----------------------------------------------------------------) N13 G0 X[#<kezdo_X_atmero>/2]Z[#<kezdo_Z_koordinata>+1] N14 o100 while[#<kezdo_x_atmero>/2gt#<befejezo_x_atmero>/2+#<fogasmelyseg>] N15 G91 N16 G0 X[-#<fogasmelyseg>/2] N17 G1 Z[#<befejezo_Z_koordinata>-1] N18 G0 X1Z1 N19 G0 Z[ABS[#<befejezo_Z_koordinata>]] N20 G0 X [-1-#<fogasmelyseg>/2] N21 #<kezdo_x_atmero>=[#<kezdo_x_atmero>-#<fogasmelyseg>*2] N22 o100 endwhile N23 G7 N24 G90 N25 G0 X[#<befejezo_X_atmero>] N26 G1 Z[#<befejezo_Z_koordinata>] N27 G0 X[#<befejezo_X_atmero>+1]Z[#<befejezo_Z_koordinata>+1] N28 Z1 N29 (----------3.műveletelem vége----------) - 58 -
Az N14 sorban kezdődik a while ciklus, itt történik a logikai művelet kiértékelése. Az ebben a sorban található GT logikai operátor jelentése nagyobb mint (Greater Than). Az N20 sorban szereplő ABS operátor az abszolút érték függvénynek felel meg. Az N21 sorban minden ciklus lefutása után kivonok kétszeres fogásmélység értéket a kezdő átmérőből, így a valós (forgácsolási) helyzetnek megfelelően csökkentem az átmérő változó értékét. A programírás során az adatok bevitele jelentősen könnyebb lett, hiszen a kód egy jól körülhatárolt helyén kell megadni az adatokat úgy, hogy szöveges információ segít ebben. Ezzel a programmal helyettesíthető a LinuxCNC utasításkészletéből hiányzó G70 hosszesztergáló ciklus. A ciklus algoritmusát felhasználva, megfelelő adaptáció után keresztesztergálási ciklus is írható. A további fejlesztés lehetőségét a LinuxCNC nyílt forráskódú rendszere biztosítja. Lehetőség van az AXIS felhasználói felületen közvetlenül megjeleníthető (a felhasználó által megírt), pl. hosszesztergáló modul megírására python programozási nyelven, amelynek alapja lehet az ebben a dolgozatban leírt while ciklus. Így, a G-kód manuális megváltoztatása nélkül, grafikus felületen lehet megadni a forgácsolási feladat elvégzéséhez szükséges értékeket, amely nagymértékben csökkenti a tévesztés lehetőségét. 6.11 A teljes NC program A 32. ábrán található 1-6. műveletelemek hossz- és keresztnagyoló esztergálásának, ill a felületek simító esztergálásának NC kódja a 3. számú mellékletben található, melynek vázlata a következő: Kód kezdete vége 4. táblázat Az NC program vázlata Program modul megnevezése N1 N10 Fejléc N11 N23 N31 N22 N30 N60 1. műveletelem Nagyoló keresztesztergálás 2. műveletelem Simító keresztesztergálás 3. műveletelem Nagyoló hosszesztergálás - 59 -
N61 N92 N122 N91 N121 N134 4. műveletelem Nagyoló hosszesztergálás 5. műveletelem Nagyoló hosszesztergálás 6. műveletelem Simító hossz- és keresztesztergálás élletöréssel 6.12 Az NC program tesztelése Az elkészült NC program teszteléséhez egy meglévő LinuxCNC programban létrehoztam egy BERNARDO_BQW-700 elnevezésű HAL fájlt, amelyben beállítottam az esztergagép szánrendszerének fizikai paramétereit. Így olyan módon futtathattam a programot, hogy nem volt valós szerszámgép csatlakoztatva a rendszerhez. A teszt során az alábbi szerszámpályát rajzolta ki a szoftver: 38. ábra A szerszámpálya a gyorsjárati mozgások nélkül. - 60 -
39. ábra A szerszámpálya a gyorsjárati mozgásokkal 40. ábra A szerszámpálya képe kinagyítva a gyorsjárati mozgásokkal - 61 -
41. ábra A szerszámpálya képe kinagyítva a gyorsjárati mozgások nélkül 6.13 Megjegyzés a szimulációs program futtatásához Mivel az NC program teszteléséhez használt LinuxCNC BERNARDO_BQW-700 HAL fájl futtatása során nem volt fizikai szerszámgép csatlakoztatva a vezérléshez, ezért az NC program sikeres futtatása érdekében az alábbi módosításokat kellett végrehajtanom a kódban: A fent leírt BERNARDO_BQW-700 HAL fájl konfigurálásánál dinamikus főorsóvezérlést állítottam be, amellyel a futó NC programból lehet a főorsó fordulatszámát változtatni. Ez a beállítás feltételezi azt, hogy egy deklarált bemeneti címre jel érkezik a főorsó szögjeladójától. Mivel a jel a fent említett okból nem érkezett be, a hiba abban nyilvánult meg, hogy a program futott az első lineáris interpolációs parancsig (G1) és ott megállt a szerszám mozgása. A program futása nem állt le és hibát sem jelzett, csak a főorsóval szinkronizált mozgásvezérlés miatt a vezérlő által, a beérkező 0 jel/sec főorsó jelből számított 0 ford/min-es főorsó fordulatszámhoz állította be az f = 0 mm/min előtolás értéket. Az NC program sikeres lefuttatása céljából az alábbi programsorok első karaktere - 62 -