SZERSZÁMGÉPEK (Esztergagépek)

Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Kar Robert Bosch Mechatronikai Tanszék SZERSZÁMGÉPEK (Esztergagépek) Írta Dr. Jakab Endre ny. egyetemi docens Miskolc, 2011

Tartalomjegyzék 1. SZERSZÁMGÉPEK FEJLİDÉSTÖRTÉNETE... 3 1.1 Szerszámgépek fejlıdésének fı szakaszai... 3 1.1.1 Egyetemes (univerzális) szerszámgépek kialakulásának kora... 3 1.1.2. Merev automatizálás kialakulásának kora... 6 1.1.3. Rugalmas automatizálás kora... 7 1.1.4. Követı és ütközıs programvezérléső gépek... 8 1.2 A magyar szerszámgépipar... 9 2. BEVEZETÉS A SZERSZÁMGÉPEK FOGALOMKÖRÉBE... 16 2.1 A gépkapacitás-alkatrésztípus szám-szerszámgép típus kapcsolat... 17 2.3 Relatív és elemi mozgások, koordinátarendszerek... 19 2.4 Szerszámgépek rendszerezése... 22 3. KÖVETELMÉNYRENDSZEREK... 27 3.1 Követelmények... 27 4. ESZTERGAGÉPEK... 28 4.1 Alapozás... 28 4.2 Esztergálás megmunkálási modellje... 29 4.3 Esztergálás forgácsolási- és teljesítményviszonyai... 30 5. EGYETEMES ESZTERGAGÉPEK Fİ ÉPÍTİEGYSÉGEI... 34 5.1 Tartóelem... 35 5.2 Fıhajtómő, fıorsó... 38 5.3 Elıtoló hajtómővek, mellékhajtómővek... 38 5.4 Esztergagépek további szerkezeti egységei... 54 5.5 Szánok és vezetékek... 58 5.5.1 Csúszó vezetékek... 60 5.5.2 Gördülı vezetékek... 70 6. CNC ESZTERGAGÉPEK... 78 6.1 Számjegyvezérlés hatása a szerkezeti kialakításra... 78 6.2 CNC esztergagépek felépítése... 79 6.2.1 Esztergagép struktúrák... 79 6.2.2 Az EPA 320-01 CNC esztergagép szerkezeti kialakítása, struktúrája... 91 6.3 Az egyetemes és a CNC esztergagépek összehasonlítása... 111 1

SZERSZÁMGÉPEK BEVEZETÉS A szerszámgépek stratégiai fontossága sokoldalú kölcsönhatásából adódik. Minden termék, gép elıállítása valamilyen fokon és szinten közvetlenül, vagy közvetve a szerszámgépekhez kapcsolódik. Az alkalmazott szerszámgépek fejlettsége illetve a szerszámgépgyártás nagymértékben meghatározza egy ország termelési színvonalát és technikai kultúráját, mert elıfeltétele minden ipari termelésnek. A szerszámgépek elnevezés a mindennapi szóhasználatban félreérthetı-, szerszámokat elıállító berendezés-, ami az angol Machine tool kifejezés német (Werkzeugmaschine) és magyar (Szerszámgépek) nyelvre történt helytelen fordításával magyarázható. Eredeti jelentésében gépi szerszám, azaz a szerszám gépi úton történı mozgatására utalt. Mivel ma a szakmai közéletben egyértelmő jelentéssel bír és meghonosodott a szerszámgépek elnevezés, továbbiakban ezt használjuk. A jegyzetben a forgácsoló szerszámgépek egyik legfontosabb és legszélesebb körben alkalmazott alapgépeit, az esztergagépeket tárgyaljuk. Természetesen a forgácsoló szerszámgépek palettája ettıl sokkal gazdagabb, de az itt közölt ismeretek egy része ott is hasznosítható. A fémforgácsoló szerszámgépek mellett ott találjuk a faiparban alkalmazott szerszámgépeket, igen jelentıs a képlékenyalakító, vagy a sugaras megmunkálások gépekeinek részaránya, ami az utóbbi évtizedben dinamikusan növekedett. Itt kell megemlíteni a mőanyag alakítás gépeit is, amelyeken készült termékek mindennapi életünk részévé váltak. A szerszámgépek és robotok rokon vonásai alapján az ipari robotok is tárgyalhatók lennének a közös elvi alapok, tulajdonságok és hasonlóságok miatt. A történeti fejlıdés során fokozatosan nıtt az alkatrészgyártás tömegszerősége. Az egyeditıl a különbözı sorozatnagyságú (kis, közepes, nagy) gyártáson át eljutott a tömeggyártásig. A mechanizálást követı merev, követı- és, programvezérlés, valamint a rugalmas automatizálás, továbbá minden olyan felfedezés, amely a szerszámgépek fejlesztésében szerepet kapott (villamos motorok, szerszámok, stb.), lényeges hatással volt a szerszámgépek fejlıdésére. A jegyzet nagyobb részt a hagyományos esztergagépekkel foglalkozik. Ennek oka az, hogy számos ilyen berendezés mőködik ma is, továbbá azokon szerzett és bemutatott ismeretek, szerkezetek jól hasznosíthatók más szerszámgépeken is. Természetesen kitérünk az NC esztergagépek bemutatására is. A jegyzet írásában felhasználtuk a hazai szerszámgépgyárak fejlesztési, konstrukciós és gyártási tapasztalatait és a Szerszámgépek Tanszékének a szerszámgépek kutatásés oktatás-fejlesztésben elért eredményeit. Az NC esztergagépek bemutatásának középpontjában a SZIM-ben gyártott EPA 320-01 típusú NC esztergagép áll, amely több mint 2 évtizeden át szolgálta az oktatást. A gép építési elvei és megoldásai ma is felhasználhatók. Az NC esztergagépek fejlesztése töretlen és egyre újabb megoldások jelennek meg. Erre mutatnak példákat a különbözı szerszámgépgyártók moduláris elven felépülı esztergagépei és. Ezúton is köszönjük a gyárak szakmai támogatását és a rendelkezésre bocsájtott anyagokat. 2

1. SZERSZÁMGÉPEK FEJLİDÉSTÖRTÉNETE A szerszámgépek fejlıdése az emberiség általános fejlıdésétıl nem választható el, azzal szoros és sokoldalú kölcsönhatásban van. A szerszámok használatának és készítésének jelentısége közismert az emberiség kialakulásában. A történeti periodizálás is a termelés, a termelıeszközök jelentısebb változásaihoz kötött. Az emberiség célja mindig az igények, az anyagi szükségletek egyre teljesebb kielégítése volt, ami a fejlett országokban igen magas fokot ért el. Mindezt a technikai, gazdasági fejlıdés tette lehetıvé. Nem kell bizonyítani, hogy a technika mindennapjaink része lett függetlenül attól, hogy milyen mélységben ismerjük. A termelés a kezdeti, elszigetelt egyéni módról egyre inkább szélesebb körben valósult meg, ahogy hatása is. Ma a világmérető globalizálódás korát éljük, amely mindennapi életünk mellett befolyással van többek között a technikai kultúrára is. A szerszámgépeknek az ipari termelésre gyakorolt hatásáról szép mővet írt G. Spur [1]. A hazai szerszámgépgyártásról pl. a [2] és [3] mővekbıl tájékozódhat az érdeklıdı, továbbá felhasználtuk az [4-8] irodalmakat is. A szerszámgépek fejlıdése az egyedi szők körő gyártásról a sokakat érintı sorozat és tömeggyártásra való áttérés, azaz a kézi termelésrıl a gépi termelésre, majd az automatizált gépi termelésre való áttérés története. A gépi termelés fejlıdése egyre szélesebb körő munkamegosztással és specializálódással járt, ami csökkentette a fizikai és pszichikai terhelést. A cél minél gyorsabban, pontosabban, olcsóbban termelni. A szerszámgépek fejlıdésének fı szakaszai az ipari fejlıdés fı korszakaihoz köthetık. A történetileg korábban kialakult gépek, természetesen a jelenlegi mőszaki színvonalnak és kultúrának megfelelıen, ma is jelentıs helyet foglalnak el a termelésben. 1.1 Szerszámgépek fejlıdésének fı szakaszai 1.1.1 Egyetemes (univerzális) szerszámgépek kialakulásának kora Az egyetemes, vagy univerzális szerszámgépek kialakulásának kora a klasszikus, angliai ipari forradalomtól a XIX. század utolsó harmadáig számítható, amikorra kialakultak az egyetemes forgácsoló szerszámgépek fı típusai. Az elsı szerszámgépnek 1775-bıl John Wilkinson hengerfúró gépe tekinthetı, amellyel a gızgépek, ágyúk furatait készítették. Henry Maudslay esztergagépe 1797-ben készült el. Ezeken a szerszámgépeken azonos technológiával igen sokféle alkatrészt, egyedi és kissorozatban készítenek, amibıl az egyetemes elnevezés következik. Természetesen az egyetemes szerszámgépek fejlesztése, korszerősítése napjainkban is tart, és abba a CNC egyetemes gépeket is beleértjük. Az iparosodást az angol textilipar, a bányászat és szállítás igényei indították el. A fonó- és szövıgépek fejlesztése, mechanizálása, mőködtetése és nagyobb számban való elıállítása megfelelıen gyártott alkatrészeket, továbbá erıgépeket igényelt. Másik fontos tényezı a bányák üzemeltetése így a nyersanyag kitermelése és a víz kiemelése, a kitermelt anyag (szén, érc) szállítási igénye volt. A problémák megoldása döntıen az energia átalakító és közlı gızgépek feltalálásához, fejlesztéséhez, gyártásához és alkalmazásához kapcsolódott. 3

A szerszámgépek fejlesztésének kezdeti mozgatórugói, a fentiekkel összefüggésben, elsısorban a gızgépek gyártásához kapcsolhatók. Az elsı szerszámgépeket a gızgépeket gyártó üzemek maguk számára állították elı, a szerszámgépgyártás csak késıbb vált külön iparággá. Az egyetemes szerszámgépek zömét Európa, a marógépet Amerika (1850-ben George S. Lincoln társaságnak készítette Pratt és Whitney cég) adta a világnak, majd kölcsönösen hatottak egymásra a további fejlesztésekben. Az igen jelentıs szerszámgépépítı Joseph Whitworth minıségi és formatervezett szerszámgépépítését, amely a XIX. század közepétıl számítható, egész Európa és Amerika is követte. A XIX. század második felében jelentısen elıretört a német szerszámgépipar és néhány évtized alatt ledolgozta Angliával szembeni hátrányát. A fejlıdés a német vámegyezséggel (1834) indult, majd a német birodalom megalakulásától (1871) a századfordulóig bontakozott ki teljesen. A német szerszámgépgyártás bölcsıje Szászország volt, amit a bányászat (1765 Freibergben megalapították a bányászati akadémiát) és a textilipar (Chemnitz) döntıen befolyásolt. A chemnitzi gépipar jelentıs alakjai közül kiemelkedett Gottlieb Haubold (szövıgépek, öntöde, gızgépek, stb). A német szerszámgépgyártás úttörıje, és egyik jeles személyisége Johann von Zimmermann volt, aki 1820-ban Magyarországon, Pápán született. 1848-ban Chemnitzben (Szászország) alapított gépgyára az európai szárazföldi kontinens egyik legjelentısebb szerszámgépgyára volt. Nevéhez több fémés famegmunkáló szerszámgép megalkotása, szabadalmak, számos forgácsoló és hideg képlékeny alakító szerszámgép gyártása, a vésı- gyalu- és fúrógépek sorozatgyártásának megindítása főzıdik. Gépeibıl Magyarországon nagyobb számban a MÁV Jármőjavító üzemekben volt található. A német szerszámgépgyártás jelentıs alakjai a [1.1] mőben megtalálhatók. Technikai és kultúrtörténeti érdekességként említjük meg, hogy Johann Manhardt toronyóra terve szerinti óra található a kecskeméti Nagytemplom tornyában, ami halála után 1889-ben készült el. Az egyetemes szerszámgépeken az egyes elıtoló mozgások egymásra merılegesek és koordinátánként sorban egymásután következnek. Bonyolultabb felületek elıállítása az elıtoló kinematikai láncok cserekerekekkel való összekötésével (pl. karusszel esztergagépen kúpesztergálás, egyetemes marógépen osztófej alkalmazásával spirálhorony marás), vagy speciális készülékek alkalmazásával (pl. az esztergagépek keresztszánjára épített kúpvonalzóval kúpesztergálás) történt. A szerszámgépek mőködtetésére szolgáló energiát a mőhelyen kívül elhelyezett gızgépek közlımőveken (transzmissziós hajtásokon) keresztül szolgáltatták. A gépek elhelyezése a közlı tengelyeknek megfelelıen kötött volt az üzemen belül, a hajtást a gépek felé lapos-szíj hajtás közvetítette, a fordulatfokozatok váltása lépcsıs szíjtárcsákkal történt. A megoldás igen hosszú ideig uralkodó volt. A villamos motorok csak fokozatosan szorították ki a gızgép energiaforrást és a transzmissziós hajtástípust, véglegesen a második világháború után. A két világháború közötti idıbıl mutatnak példákat a MÁV Jármőjavító Üzemi Vállalat VI. gépmőhelye, Istvántelki Fımőhelyében és a Magyar Királyi Állami Mechanikai és Elektromos-ipari Szakiskola tanmőhelyében készült fényképek 1.1. és 1.2. ábrái [2], [4]. 4

Dr. Jakab Endre 1.1. ábra: MÁV Jármőjavító Üzemi Vállalat VI. gépmőhelye, Istvántelki Fımőhely 1.2. ábra Magyar Királyi Állami Mechanikai és Elektromos-ipari Szakiskola tanmőhelye (1928), elıl egy marógép és hajtása látható Összegezve: Az energiaforrás gızgép volt, ami transzmissziós hajtásokon keresztül mőködtette a gépeket. Az egyetemes szerszámgépeken azonos technológiával igen sokféle alkatrészt, egyedi és kissorozatban készítettek. Az információkat (geometriai, kapcsolási, sorrendi, stb.) az ember szolgáltatta a gép kezelıszervein keresztül. 5

A mérést elıször közvetlenül, majd a pontossági igények növekedésével közvetett módon végezték a mikrométer mérési elvéhez hasonlóan. A mérési elv és gyakorlati megvalósítása ugyancsak H. Maudslay-hez köthetı 1829-ben. A kezdetben csak a munkadarabok mérésére szolgáló eszköz mérési elvét késıbb a gép kézi kezelıszerveihez építetten mérıtárcsás (nóniusz tárcsás) megoldással valósították meg. A szánok egyenes vonalú haladó mozgását ily módon közvetetten, az elmozdulással arányosan, forgó tárcsára felvitt mérıskálával mérik, amelyeknél a mérési pontosság, pl. 0,1, 0,05, 0,02 mm. Az egyetemes szerszámgépeket az egyes korok mőszaki-technikai fejlıdésének megfelelıen tökéletesítették és a termelésnek ma is fontos eszközei. 1.1.2. Merev automatizálás kialakulásának kora A merev automatizálás kora a XIX. század közepétıl a XX. század elsı negyedéig számítható, éles határok azonban nincsenek. Egyre több termék nagyobb mennyiségő elıállításának igénye vezetett el a nagysorozat - és tömeggyártásra alkalmas, mechanizált szerszámgépek megalkotásához. Az igények szükségessé, a technika lehetıvé tette az állandó és elıírt minıségő gyártást, a csereszabatos alkatrészek elıállítását. Húzó iparágak a hadipar, a kerékpár- és varrógépgyártás, majd a motorkerékpár gyártás és az autóipar. A merev automatizálás jellegzetes gépei a mechanikus automaták, célgépek és célgépi gyártósorok, amelyek a mai nemzetközivé vált termelésben is, a kornak megfelelı technikai színvonalon, igen jelentıs szerepet játszanak a termelésben. A mechanikus automaták sorát, a csavargyártást szolgáló, revolverfejes esztergagépek nyitották meg a XIX. század közepén Amerikában, ami elıször a fegyvergyártás céljait szolgálta. Ezt követték a többszános eszterga automaták, amelyek egyidejőleg több szerszámmal dolgoztak. A század utolsó harmadában kialakultak az automata revolveresztergák, az egy- és többorsós automata esztergagépek. A revolveresztergák a szerszámváltás elvét Samuel Colt ötlövető pisztolyától vették át. Az automaták természetesen számos más területen is megjelentek, így említhetık a köszörő, sajtoló, stb. automaták. A sokoldalú megmunkálást és sokféle mőveletelemet, technológiát igénylı munkadarabok nagysorozatú, illetve tömeggyártására alakították ki a célgépeket és célgépi gyártósorokat. Célgépek és célgépi gyártósorok gazdaságos elıállításához az építıszekrény rendszer szerint építkezı gépcsalád elve alapján fejlesztették ki az építıelemek és építıegységek típus- és paraméterváltozatait. Összegezve: A merev automatizálás gépein az alkatrészféleségek száma kicsi, szélsı esetben egy, ugyanakkor a gyártmány(ok) tömegszerősége nagy. Az energiát elıször gızgépek transzmissziós hajtáson keresztül szolgáltatták, amelyeket késıbb a villamos motorok váltottak fel, lehetıvé téve ezzel a korszerő gyártásszervezést. A villamos motoroknak (Ernst Werner Siemens 1881, Jedlik Ányos 1867) az 1890-es évektıl kezdıdı szélesebb körő elterjedéshez kapcsolódott a gyorsacél szerszámok (Frederick Winslow Taylor és M. White, Párizsi Világkiállítás, 1900) megjelenése, amelyek a szerszámgépek szerkezeti kialakítására lényeges hatással voltak. A nagy teljesítmények, nyomatékok és erık szükségessé tették a szerszámgépek méretezését, amely a XX. század elsı negyedétıl kezdıdıen számítható. 6

Az információkat az ember, különbözı mechanikus, hidraulikus, villamos, pneumatikus, vagy vegyes irányító szerkezetekre, szervekre helyezte át, amelyek cseréje új gyártmánynál (munkadarabnál) viszonylag nagy költséggel és hosszú idıvel volt lehetséges, amibıl a merev automatizálás elnevezés adódott. A méretek megvalósítását, a mozgatás sebességét merev programhordozók (pl. vezértárcsák) biztosítják. 1.1.3. Rugalmas automatizálás kora A rugalmas automatizálás kora 1949-52-tıl napjainkban is tart. A számjegyvezérléső szerszámgépek fejlesztését az amerikai légierı (Aire Force) közvetlen igényei indították el. Kezdete azzal a megbízással függött össze, amelyet az amerikai repülıgépipar 1949-ben adott John Pearson vállalkozásának (Pearson Corporation in Traverse City, Michigan) azzal, hogy olyan marógépet készítsen, amely a másoló marógépeken történı repülıgép alkatrészek gyártását termelékenyebben, pontosabban és automatikusan végzi. A feladatot végül is a MIT (Massachusetts Institute of Technology) bevonásával sikerült megoldani 1952 márciusában, amikor az elsı mőködıképes függıleges fıorsójú, számítógéppel irányított 3 tengelyes marógépet megépítették. A vezérlı számítógép az ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer, 1946) volt, ami 18000 elektroncsıvel, 30 tonna tömeggel, 800 kw teljesítményfelvétellel rendelkezett, 1000-5000 mővelet/sec sebességgel dolgozott, és amelynél átlagosan 15 percenként hibásodott meg egy elektroncsı. Az elektrotechnika-elektronika, információ-technológia, számítástechnika, és irányítástechnika fejlıdése és integrált alkalmazása tette lehetıvé a számjegyvezérléső (Numerical Control NC), majd 1970-es évektıl a számítógépes számjegyvezérléső (Computer Numerical Control CNC) szerszámgépek megjelenését, amelyeken az egyik munkadarab gyártásáról másikra való átállás szoftveresen, gyorsan és viszonylag kedvezı költséggel történik. Az elektroncsöves technikát (1. generáció) a tranzisztoros (2. generáció), majd az integrált áramkörös (3. generáció - 1959) technika váltotta fel. Ez utóbbi mőveleti sebessége már elérte az 1 millió/sec-ot. A mikroprocesszor (4. generáció) találmányi bejelentése 1971-ben történt meg (Texas Instruments), még ugyanebben az évben megjelent az Intel 4004 (CPU). Ezekben a nagy integráltságú LSI (Large Scale Integration) áramkörök gyors mőveleteket tettek lehetıvé, és a korszerő számítógépes számjegyvezérlés alapjául szolgálhattak. A számjegyvezérlés a szerszámgépek szerkezeti kialakítására jelentıs hatással volt, ahogy korábban a villamos motorok és a gyorsacél szerszámok megjelenése. Új struktúrájú gépek jelenhettek meg annak következtében, hogy megszőntek a mechanikus kinematikai láncok által okozott kötöttségek, mivel az egyes elıtoló szánok független hajtással rendelkeznek, és sem a fıhajtómővel sem egymással nincsenek mechanikai kinematikai láncon keresztül összekötve. Ugyanakkor a vezérlés lehetıvé teszi az egyes NC irányítású tengelyek (szánok, orsók) egyidejő (szimultán) mőködtetését. Az egyidejően irányított tengelyek (D-Dimensionkoordináták) számától függıen 2D-6D-s berendezések lehetnek (szerszámgépeken 5D, robotoknál 6D). Minél nagyobb az ilyen tengelyek száma, annál bonyolultabb felülető 7

munkadarabok állíthatók elı. Egyes számjegyvezérléső gépen a villamosan irányított tengelyek száma igen nagy, akár 10-20 is lehet. A rugalmas automatizálás teremtette meg a robotok fejlesztésének és széleskörő alkalmazásának alapjait is. A mechatronika fogalma is elıször a robotok kapcsán jelent meg. A mai számjegyvezérléső gépek és berendezések minden olyan sajátossággal rendelkeznek, hogy mechatronikai berendezéseknek is tekinthetık. Összegezve: A számjegyvezérléső gépek kezdetben az egyedi- és kissorozatú gyártmányok gazdaságos és termelékeny elıállítására szolgáltak, amely napjainkra kiterjedt a közepes és nagysorozatok gyártására és a célgépek, automaták területére is. A megrendelık kívánsága szerint igen gyakran épülnek számjegyvezérléső gépek szőkített, szinte célgépi feladatokra (pl. szelepgyártás, armatúragyártás). A nagy mőveletkoncentrációt megvalósító gépeken az automatikus szerszámellátás megoldott a szükséges nagyszámú szerszám miatt, majd ezt követte az automatikus munkadarab ellátás. A számjegyvezérléső szerszámgépeket fejlettségük és rendszerbeépítésük alapján CNC gépnek, megmunkáló központnak (Machining Centre - MC), rugalmas gyártócellának (Flexible Manufacturing Cell - FMC) vagy rugalmas gyártórendszernek (Flexible Manufacturing System - FMS) nevezik. Az FMS rendszerek fejlesztésének korlátait a rendkívül összetett információ-anyagenergiaellátás nehézségei jelentették. A számjegyvezérléső szerszámgépeken az energiát villamos motorok biztosítják. Minden egyes mozgást, a fımozgást, illetve mellékmozgást (elıtoló mozgást), különkülön villanymotor biztosítja. Ugyanakkor a teljesítményhajtások (fıhajtómővek) motorjai és a kinematikai (elıtoló) hajtások szervomotorjai kialakításukban és tulajdonságaikban lényegesen eltérnek. Az információkat viszonylag kis költséggel és rövid idı alatt szoftveresen cserélik az új munkadarabok elıállításához. Az elmozdulás, elfordulás, sebesség, szögsebesség mérést közvetetten, vagy közvetlenül elektronikus mérıberendezések látják el, amelyek a helyzetszabályozás nélkülözhetetlen elemei. 1.1.4. Követı és ütközıs programvezérléső gépek A merev automatizálásról a rugalmas automatizálásra való átmenet szerszámgépei a másológépek (követı vezérléső szerszámgépek) és az ütközıs programvezérléső gépek voltak, amelyeken közepes és nagyobb sorozatokat állítottak elı gazdaságosan. Másológépeken a mintaprogramot egy mesterdarab szolgáltatja, a másolás legtöbbször hidraulikus, vagy elektrohidraulikus úton történik. Ütközıs programvezérléső gépeken a munkaprogramot, illetve a megmunkálni kívánt méreteket ütközık és villamos helyzetkapcsolók segítségével állítják be. 8

1.2 A magyar szerszámgépipar A hazai szerszámgépgyártás kezdetei a kiegyezés (1867) utáni idıtıl (1872-tıl) számíthatók [2], [3]. A fejlıdés az angliaihoz hasonló módon, csak majdnem egy évszázadot késve történt. A szerszámgépgyártás elıször az ipar különbözı ágazatainak kiszolgálására alakult ki. Az általános gépgyártás szolgáló leányaként csak az I. világháború után jelent meg önálló iparágként. A legfontosabb húzó ágazatok a közlekedés, malomipar, mezıgazdasági gépipar, hadiipar, kohászat, hídépítés, de a faipari és építıipari igények sem voltak elhanyagolhatóak. A XIX. század utolsó negyedében három jelentısebb vállalat foglalkozott szerszámgépgyártással más gyártmányok elıállítása mellett. Az elsı szerszámgépek döntıen a jól ismert megoldások alapján készültek, majd fokozatosan kialakult az önálló szerszámgéptervezés és gyártás. Az alábbiakban leírtak aktualitását az idı gyakran felülírja, ezért kiigazításra helyenként szükség lehet. A Gutjahr Müller Gépgyár és Vasöntöde, amelynek jogutódja a Vulkán Gépgyár és Vasöntöde Rt volt, 1872-ben alakult meg. A gyárat svájci iparosok alapították Budapesten malomipari gépek és berendezések gyártására, amely hamarosan osztrák tulajdonba került és 1929-ig mőködött. A cég szerszámgépgyártása jelentıs volt, palettájukon az esztergák különbözı változatai, fúró, fúró-maró, portálmaró, hosszgyalu gépek mellett sajtológépek is szerepeltek. Jelentısebb szerszámgépfejlesztéseik az elsı Erzsébet híd (1898-1903) láncelemeinek gyártásához kötıdtek. Megjegyzés: a Széchenyi híd 1849-ben, a Margit híd 1872-benkészült el, a Ferencz József híd, ma Szabadság híd építése 1894-1896 között zajlott. A Hirsch és Frank Gépgyár és Vasöntöde, amelyet 1882-ben alapítottak Budapesten, késıbb Salgótarjánban is rendelkezett telephellyel. Gyártottak esztergagépeket, marógépeket, gyalugépeket, fúrógépeket, sajtológépeket, gızkalapácsokat. A budapesti gyár 1949-tıl Budapesti Szerszámgépgyár, 1963-tól a SZIM (Szerszámgépipari Mővek) Budapesti Köszörőgépgyára néven üzemelt megszőntéig. A Fegyver és Gépgyár Rt. német közremőködéssel alakult 1889-ben illetve 1891-ben, profilja a fegyver- és lıszergyártás volt. Gyártási naplóik szerint több mint negyven fajta szerszámgépet gyártottak, köztük a fegyvergyártás speciális szerszámgépeit, esztergagépeket, fúrógépeket, marógépeket, szerszám köszörőket, kúpfogaskerék gyalugépeket, sajtológépeket. 1949-tıl Fémáru- és Szerszámgépgyár, 1963-tól a SZIM Esztergagépgyára, majd Budapesti Szerszámgépgyár volt megszőntéig. A szerszámgépgyártásban és szerszámgépek alkalmazásában jelentıs szerepet játszottak a MÁV Gépgyár, késıbb MÁVAG, a Ganz-MÁVAG, illetve a MÁV Jármőjavító Vállalatok, a Láng László Gépgyár és további kisebb vállalatok is. Megemlítjük, hogy a német szerszámgépgyártásnál említett Johann von Zimmermannak érdekeltségei voltak a MÁV-nál, és ott alkalmazták gépeit is. A Weiss-Manfréd Mőveket 1892-ben alapították, ahol 1929-ben kezdıdött meg a saját célú szerszámgépgyártás. A 30-as évek végén megalakult és önállósult Szerszámgépgyárban esztergagépeket, a VF és UF típusú marógépeket, fúrógépeket köztük a világszerte ismertté vált RF sugárfúrógépeket már exportálási céllal is 9

gyártották. 1946-tól Csepeli Szerszámgépgyár, majd a Csepel Mővek Szerszámgépgyára néven vált ismert üzemmé, amelynek exportja jelentıs volt. 1989- tól több átalakuláson ment át a vállalat, ma Excel-Csepel Szerszámgépgyártó Kft. néven üzemel, amely 1995-ben jött létre. Az önálló szerszámgépgyártás megteremtése Mo.-on a II. világháború után szélesedett ki. Legjelentısebb vállalatai a Csepel Vas- és Fémmővek Szerszámgépgyára, az 1963- ban megalakult Szerszámgépipari Mővek (SZIM) vállalatai és a Diósgyıri Gépgyár voltak. Csepelen az elmúlt 60 évben, világméretben is jelentıs számú, több mint 40.000 szerszámgépet állítottak elı. A háború után a termelési profil nem változott és kezdetben fıként a háborús jóvátételt szolgálta. Az új típusú gépek között síkeszterga, csımenetvágó, főrész, táblalemezolló, légpárnás köszörő gépek szerepeltek. Igen lényeges elırelépés volt a fúró - és marógépek különbözı változatainak, majd a programvezérléső marógépek kifejlesztése. 1958-ban kezdıdött meg a célgépi egységek, célgépek és célgépi gyártósorok elıállítása. 1960-tól számítható a nagypontosságú menetköszörő gépek és a csigakorongos fogaskerék köszörőgépek gyártási programba vétele licencek alapján, és a nagypontosságú gyártás feltételeinek megteremtése. Magyarország elsı számjegyvezérléső gépeinek elıállítása is a vállalathoz kötıdik. Az ETL 250 típusú síkasztalos, ütközıs programvezérléső esztergával kezdıdött rövideszterga család fejlesztésében sok közös egységet és elemet alkalmaztak. Az ERS-200 típusú szakaszvezérléső rövideszterga 1966-ban készült el, és 10 pozíciós torony revolverfejes szerszámtartóval rendelkezett. Ezt követte 1969-ben az ETS-200 síkasztalos rövideszterga, amelynek Unimeric 121 vezérlése magyar, Vilati gyártmányú volt. Az elsı pályavezérléső (NC) tárcsaeszterga gép az ERI-250 volt (1965-66), amelyet az ERI-400 és ERI-320 típus követett. A Krupp céggel kooperációban készített elsı NC esztergák AEG, Grundig Masing és Sinumeric vezérléssel rendelkeztek. Magyarország így juthatott hozzá a korábban embargós vezérlésekhez, hajtásokhoz és szervomotorokhoz. Ez egy rendkívül eredményes korszak kezdetét is jelentette, amelyben az NC, CNC esztergagépek, fúró - maró megmunkáló központok játszották a fı szerepet. A hagyományos gépek gyártásának egy részét (pl. sugárfúró gépek) profiltisztításként a nyírbátori gyáregységbe helyezték át. Ma az Excel-Csepel Szerszámgépgyártó Kft-nél különbözı paraméterő, struktúrájú és sorozatnagyságú CNC esztergagépeket, gyártócellákat, CNC fúró - maró megmunkáló-központokat, egyedi tervezéső szerszámgépeket forgácsoló technológiák kivitelezésére állítanak elı, továbbá kooperációs gyártást és forgalmazást folytatnak. A területi összefüggés miatt itt kell megemlíteni a Csepeli Hiradástechnikai Gépgyárat, amelyben fúrógépeket, szikraforgácsoló gépeket, kiegyensúlyozó gépeket állítottak elı. A Szerszámgépipari Mővek 1963-ban jött létre, amely 8 különbözı gyárat, és egy fejlesztı intézetet egyesített. A SZIM Esztergagépgyára elıdjének gyártmányai a különféle esztergagépek (pl. a Diósgyıri Gépgyárból - DIGÉP átkerült MVE esztergagép, stb.), marógépek, 10

főrészgépek voltak. Az 1963-ban alakult vállalat az esztergagépek gyártására szakosodott, ismert gépeik az EE gépcsaládba tartoztak. Késıbb teljes egészében áttértek az NC esztergagépek gyártására, amelyet a már megszőnt Budapesti Szerszámgépgyárban folytattak. A SZIM Budapesti Köszörőgépgyára elıdjénél elsısorban esztergagépek gyártása folyt. 1963-tól gyártott gépeik a különféle köszörőgépek (csúcsnélküli, optikai alak, rádiusz - és horony, szerszám) és esztergagépek voltak. A SZIM Kıbányai Gyára korábbi kisebb gyárak eredményeit vitte tovább, termékeik különféle esztergagépek voltak. Hozzájuk tartozott a Nagymarosi Gépgyár is, amely szerszámgépek felújításával, javításával foglalkozott. A SZIM Esztergomi Marógépgyára az 1919-ben alapított gyár utódvállalata volt. Különféle szerszámgépek gyártása után végül a marógépekre, majd az NC fúró - maró megmunkáló központokra szakosodott. Jelentıs sikereket a nagymérető, speciális megmunkáló központokkal (MZ gépcsalád) ért el. Helyén a 90-es évek végén a CNC Centrum Gépgyártó és Szolgáltató Kft., Esztergomi Szerszámgépgyár Kft., Esztergomi Marógépgyártó Kft. és az EMCO CNC Kft mőködtek. A CNC Centrum Gépgyártó és Szolgáltató Kft. fı profilja ma CNC marógépek gyártása, valamint szerszámgépek szervizelése és felújítása. Az Esztergomi Szerszámgépgyár Kft. megvásárolta a SZIM Esztergomi Marógépgyár Rt. gyártási dokumentációját, ennek bázisán gyárt szerszámgépeket, továbbá vállalnak karbantartást és bérforgácsolást. A SZIM Székesfehérvári Köszörőgépgyára fı profilja a különbözı köszörőgépek, köztük az egyetemes palástköszörő gépek (KU típusok), továbbá más egyéb gépek elıállítása lett. A profilt megırizve és szélesítve ma SZIMFÉK ZRt. néven mőködnek tovább. A SZIM Gyıri Célgépgyára 1963-ban alakult, széleskörő gépgyártásában a célgépi egységek és célgépek képezték a legfontosabb területet. Utódvállalata a Hörmann Célgép Kft volt. A SZIM Kecskeméti Gyára szerszámgépek építıelemeinek (golyósorsók, eszterga revolverfejek) gyártására szakosodott. Ma Szimikron Kft. néven ismert, profiljukat lineáris vezetı rendszerek gyártásával, forgalmazásával bıvítették. A SZIM Karcagi Gépgyára legismertebb terméke a lézeres fejjel kombinált lemezkivágó-rezgıkivágó (nibbelı) gép volt. Az 1992-ben alakult MultiTec Kft.-ben ma finomlemez szerkezetek kis, közepes és nagy szériában való megmunkálása és gyártása folyik. A SZIM Fejlesztı Intézete (SZIMFI) feladata elsısorban a szerszámgépek kutatása, fejlesztése és azok laboratóriumi vizsgálata, minısítése volt. Az általuk gyártott berendezések közül kiemelkedik a sok újdonságot hordozó MC-403 háromorsós CNC megmunkáló központ, amelynek fejlesztésében a Miskolci Egyetem Szerszámgépek Tanszéke jelentıs szerepet vállalt. Az 1990 után alakult NCT Kft gyártási profiljába CNC esztergagépek, CNC fúró-maró megmunkáló központok, CNC köszörőgépek, illetve ezekhez szükséges különbözı egységek, CNC vezérlések, stb. tartoznak. Továbbá gyártanak hagyományos eszterga, maró- és köszörőgépeket, szikraforgácsoló gépeket, és különbözı szolgáltatásokat és szervizelést végeznek. A Diósgyıri Gépgyár (DIGÉP) Kelet-Magyarország legnagyobb szerszámgépgyártó vállalata volt, amit 1963-ban hoztak létre. Elıdjét 1915-ben alapították, majd 1948-ban 11

vált önállóvá DIMÁVAG Gépgyár néven, ahol nehézgépeket gyártottak. A háború után itt fejlesztették ki és kezdték gyártani a jól bevált E-63 egyetemes esztergagépeket, amit késıbb a SZIM Esztergagépgyára vett át, majd fejlesztett és gyártott tovább MVE (280, 340) gépcsaládként. Más forgácsoló gépek gyártása (esztergák, célgépek, daraboló főrészek) fokozatosan megszőnt, és a hazai képlékenyalakító gépgyártás központja lett. Fı gyártmányaik: egyetemes sajtológépek (mechanikus, hidraulikus), sorjázó sajtók, táblalemezollók, lemezélhajlító gépek, kalapácsok közte az igen ismertté vált ellenütıs kalapácsok, dróthúzó, drótsodró és összecsapó gépek, stb. Napjainkra a gyártmánystruktúra átalakult, és részben megırizte a hagyományos DIGÉP termékeket, amelyeket ma a DIGÉP Hungary Kft.- ben állítanak elı, mint pl. a kábelgépeket, képlékeny alakítógépeket, egyedi gépeket. Lemezmegmunkáló gépek további gyártói volt a miskolci MSN Gépgyártó Kft., a kisebb gépek kategóriájában a gyıri GÉFI. Mai jogutód a GÉFI-RAAB Kft., ahol szerszámgépgyártás és acélszerkezet gyártás folyik. Az ismertetésbıl nem hagyható ki a Miskolci Egyetem Gépészmérnöki Karának a fenti és további más vállalatok számára végzett kutatásban, fejlesztésben betöltött szerepének megemlítése. A Szerszámgépek Tanszéke szerszámgépek és részegységeik fejlesztı munkáiban a Kar szinte minden tanszéke részt vett, sokszor közösen oldva meg a nagy volumenő feladatokat. A magyar szerszámgépipar egykori színvonalát jelzi, hogy az 1980-as években, a világ szerszámgépgyártásában elıkelı helyet foglalt, el és a világ 15 legnagyobb szerszámgép exportır országa közé is bekerült. Az ezredfordulóra a magyar szerszámgépgyártás jelentısen megkarcsúsodott, de néhány új fejlesztés jelzi, hogy a régi hagyományok követhetık. A magyar szerszámgépgyártás gépeibıl mutatnak példákat az 1.3.-1.8. ábrák fényképei, amelyek egyben a három fejlıdési korszak gépeit is jellemzik. A képek sorrendben: 1.3. ábra: RFh-75 sugárfúrógép Csepelen készült és egy gépcsalád egyik tagja, amelynek elıdei az RF sugárfúrógépek voltak. E jól bevált gépekbıl majd tízezer került eladásra világszerte, ma is számos helyen üzemelnek. 1.4. ábra: E-63 egyetemes eszterga 1946-ban a Diósgyıri Gépgyárban került kifejlesztésre, amelynek irányítója a Miskolci Egyetem Szerszámgépek Tanszékének elsı vezetıje, Kordoss József volt. A további fejlesztés és gyártás az 1949-ben alapított Fémárú- és Szerszámgépgyárba került át. Az MVE-280 néven továbbfutó gépbıl kezdetben évente 200-300 darabot állítottak elı. 1.5. ábra: CD-3 körasztalos célgép villanymotor pajzsok elıállítására szolgált és a DINAMÓ gyár részére készült. 1.6. ábra: a Hajtókar megmunkáló célgép a SZIM Gyıri Célgépgyárban készült kerékpár hajtókarokhoz. A gép csak egy az ott gyártott számos célgép közül, amelyek a motorgyártáshoz kapcsolódtak. 1.7. ábra: ERI-250 NC rövid- vagy tárcsaeszterga a magyarországi számjegyvezérléső gépek gyártásának elsı példánya, amely a Csepeli Szerszámgépgyárban készült. 12

1.8. ábra: MC 403 CNC megmunkáló központ a SZIMFI sikerterméke volt, amely egy CNC gépcsalád egyik tagja volt. A gép koncepciói és tervei Tajnafıi József vezetésével a ME Szerszámgépek Tanszékén születtek meg, a gép fejlesztése a SZIMFI-vel közösen történt. A gép alkotóit Állami Díjjal tüntették ki. 1.3. ábra RFh 75 sugárfúrógép 1.4. ábra E-63 (MVE 280) egyetemes esztergagép 13

1.5. ábra CD-3 körasztalos célgép 1.6. ábra Hajtókar megmunkáló célgép 14

1.7. ábra ERI-250 NC tárcsaeszterga gép 1.8. ábra MC 403 háromorsós CNC megmunkáló központ 15

2. BEVEZETÉS A SZERSZÁMGÉPEK FOGALOMKÖRÉBE Alábbiakban a szerszámgépek megértésére szolgáló fogalmakat és magyarázatokat adjuk meg. A szerszámgépek mőködésére jellemzı, egy lehetséges funkcionális modellt mutat a 2.1. ábra. 2.1. ábra A szerszámgépek mőködésére jellemzı modell A megmunkálást a következı jellemzık befolyásolják. A szerszámgép a reá jellemzı technológiákkal, szerszámaival és a szükséges segédanyaggal (pl. hőtı-kenı folyadék) viszonylag állandó feltételekkel szolgál a gyártáshoz. A gép jellemzıi közé tartoznak a mozgástani (kinematikai), teljesítmény (nyomaték, erı, szögsebesség, sebesség) jellemzık, az ütközésmentes munkatér, a statikus és dinamikus viselkedés, hıalakváltozások (hıdeformációk), a gép kinematikai és geometriai hibái, stb. A megmunkálás függ továbbá az alkalmazott technológiák és szerszámok olyan paramétereitıl, mint a forgácsolási paraméterek (forgácsolási sebesség, elıtolás, fogásmélység), a szerszám anyagától, geometriájától, élettartamától, valamint az alkalmazott hőtı-kenı folyadéktól, stb. A továbbiak a változó feltételrendszerbe tartoznak. A nyers munkadarab anyagminısége befolyásolja a forgácsolási paramétereket, a szerszámmal és a technológiával összefüggésben meghatározza a forgács alakját, kiinduló mérete a kész munkadarab méreteihez viszonyítva az anyagleválasztás folyamatát. A kész munkadarabra elıírt méret- helyzet- és alakpontossági, továbbá felületminıségi elıírásokat a munkadarab-készülék-gép-szerszám (MKGS) rendszerben kell teljesíteni, amelyben a gép kezelıjének fontos szerep jut. A gyártási folyamatban keletkezı hulladék lehet újrahasznosítható (forgács, hőtı-kenı folyadék), vagy nem, mint pl. az abrazív szemcsék. 16

A gazdaságosság minden gyártás alapvetı feltétele, amelynek teljesülése igen sok feltételtıl függ. Ezek közül is kiemelhetı a megfelelı termelékenység biztosítása, amelynek igen fontos része a gépkapacitások kihasználása, a gyártási idın belül a gépi fıidı minél nagyobb hányadának elérése. A feladatok, a gyártási program a nyers elıgyártmány, és a kész munkadarab geometriájának ismeretében határozhatók meg. A feladat megoldásához, a megmunkáláshoz a gép számára a következı információk szükségesek: geometriai, technológiai és kapcsolási, idırendi. Az információk közlési módja a gép vezérlésétıl függ, így származhat a gép kezelıjétıl a kezelıszerveken keresztül (egyetemes szerszámgépek), merev programhordozóktól (mechanikus automaták, programvezérléső és másoló gépek), vagy szoftveresen (NC, CNC gépek). A kezelıi beavatkozásra minden gépen szükség van, amelynek módját alapvetıen a gép automatizáltsági foka határozza meg. 2.1 A gépkapacitás-alkatrésztípus szám-szerszámgép típus kapcsolat A 2.2. ábra az egyes géptípusok és géprendszerek Q kapacitása (db/hó, vagy db/év) és a gyártható alkatrésztípusok száma (db) közötti összefüggést [2.1 Spur] szemlélteti. Látható, hogy azoknál a berendezéseknél, amelyeknél a gyártás tömegszerősége és termelékenysége nagy, ott a gyártás rugalmassága kicsi, illetve fordítva. 2.2. ábra Gépkapacitás-alkatrésztípus szám-szerszámgép típus kapcsolat 17

2.2 Szerszámgép fogalma A szerszámgép fogalma több szempont szerint adható meg. a., A szerszámgép olyan munkavégzı berendezés, amelyet meghatározott technológiai eljárással (és szerszámmal), a munkadarab és a szerszám között létrehozott relatív mozgásokkal a munkadarab geometriai alakjának célszerő megváltoztatására, kialakítására alkalmaznak. A munkadarab anyaga tetszıleges (fém, fa, mőanyag, stb.) lehet. A relatív mozgásokat célszerően elemi (haladó és forgó) mozgások hozzák létre. Az elemi mozgások irányai gyártási, korábban programozási célszerőségbıl a Descartes-i koordinátarendszer irányainak megfelelıen egymásra merılegesek. Természetesen ma már vannak ettıl eltérı megoldások is. b., A szerszámgép valamilyen technológia, vagy gyártmány (alkatrész) létrehozására szolgáló berendezés. A technológiát megvalósító gépek az egyetemes szerszámgépek és az azokból kifejlesztett speciális gépek. A gépeken többnyire egyfajta technológia és szerszámai használatosak. A gyártmány (alkatrész) megvalósítására szolgáló gépek elsısorban a célgépek, amelyeken többféle technológia és szerszám használatos. A célgépekrıl az alkatrészek rendszerint készen kerülnek le. Ma a technológiát megvalósító szerszámgépeken egyre többféle technológiát és szerszámot koncentrálnak (nagy mőveletkoncentrációjú gépek), hogy a gyártmány kész, vagy majdnem kész állapotban kerüljön le géprıl, ezért közelítenek a gyártmányt elıállító szerszámgépekhez. A szerszámgépek ilyen változatait nevezik megmunkáló központoknak (MC-Machining Centre) és rugalmas gyártócelláknak (FMC-Flexible Manufacturing Cell). c., A szerszámgépeket a diszkrét gyártás gépeinek is nevezik. Diszkrét gyártástechnológiák-nál a munkadarabok elıállításakor az egyes mőveletek lehetnek ugyan folytonosak, de a kész munkadarab elıállításáig a munkadarab és a szerszám kapcsolata, a többször és szakaszosan ismétlıdı technológiai lépések, egymástól térben és idıben elhatárolhatók, továbbá egyes lépések rendszerint nem cserélhetık fel. Folyamatos gyártástechnológiák alkalmazásakor a termék elıállítása folyamatos, pl. az olaj- és gázkitermelés, kémiai reaktorok termék elıállítása, dróthúzás. d., A szerszámgép a munkadarab és a szerszám közötti relatív mozgások során a munkadarab alakjának és mennyiségének célszerő megváltoztatására szolgál. 18

2.3 Relatív és elemi mozgások, koordinátarendszerek A gépek rendszerezése elıtt a legáltalánosabb elveket ismertetjük. A szerszámgépeken a szerszám, illetve a munkadarab között szükséges relatív mozgásokat elemi mozgások hozzák létre, amelyek alapvetıen az egyenes vonalú (lineáris) haladó és a forgó (rotációs) mozgások. Az elemi mozgások határozottságát kényszerek (lineáris és forgó szánokkal) biztosítják azáltal, hogy a tér lehetséges hat szabadságfoka (2.3. ábra) közül ötöt megkötnek. A Descartes-i, derékszögő koordinátarendszerben a hat szabadságfokot az X, Y, Z tengely menti elmozdulások és a tengelyek körüli R x, R y, R z szögelfordulások jelentik. A CNC gépek általános koordinátarendszerének és mozgásirányok kijelölésének is ez az alapja, amelyben a X, Y, Z elsıdleges lineáris koordináták, az U, V, W a másodlagos és a P, Q, R pedig a harmadlagos lineáris koordináták. A másodlagos és harmadlagos koordinátákra az azonos funkciójú, többszános rendszereknél van szükség. Az X,Y,Z tengelyek körüli elfordulásokat CNC gépeknél az A, B és C betők jelölik fúró-maró megmunkáló központoknál, robotoknál, esztergáknál. A C tengelyes esztergagépeknél a fıorsó a forgó forgácsoló fımozgás mellett forgó mellékmozgásokat is végezhet, ami folyamatos (nem feltétlenül egyenletes) elıtolás, vagy diszkrét osztás formájában valósul meg. Amennyiben a lineáris és a forgó NC tengelyekbıl több is van, akkor azt a betőkód mellé írt számmal jelzik. Pl. C1, C2, X1, X2, X3. A több fıorsó és a revolverfejek jelölése S1 SX. Forgó fımozgású CNC szerszámgépeknél, és a forgácsoló szerszámgépek zöme olyan, hogy a z tengely a fıorsó tengelyvonalába esik. Az egyes lineáris tengelyek pozitív irányát úgy kell felvenni, hogy a szerszám és a munkadarab egymástól távolodó mozgását jelentse (DIN 66217). A, R x R, W, Z C, R z B, R y Szabadságfokok száma: 6 Haladó mozgások: X, Y, Z U, V, W P, Q, R Forgó mozgások: R x, R y, R z A, B, C Q, V,Y P, U, X 2.3. ábra CNC gépek koordinátarendszere és jelölései, szabadságfokok 19

2.4. ábra NC esztergagép koordinátarendszere A 2.4. ábra példaként egy C tengelyes NC esztergagép DIN 66217 szerinti koordinátarendszerét tünteti fel, ahol a szerszámtartó elıl van. A 2.5. ábrán egyszabadságfokú mechanizmusok-, szerszámgépeken szánok (lineáris, forgó, forgó-haladó) egyszerősített szimbólumai láthatók. Az egyenes vonalú haladó (transzlációs) mozgású szán (2.5.a ábra) valamely koordinátatengely irányában mozog, és a szán egyes pontjai egymással párhuzamos egyenesek mentén mozdulnak el. Forgó mozgású, vagy más néven rotációs szánok (2.5.b ábra) pl. az orsók (fıorsók, C tengelyek) és a diszkrét osztású körasztalok. A forgó szánhoz kötött koordinátarendszer valamely koordinátatengely körül elfordul és a szán különbözı sugáron elhelyezkedı pontjai más és más sugarú körpályát futnak be. A haladó (transzlációs) körmozgású szánokat meghatározott területeken alkalmazzák. Példák hozhatók a sokszögesztergák körébıl. A négycsuklós, négytagú parallelogramma mechanizmus (2.5.c ábra) valamely forgattyúkarját meghajtva (pontosan gyártott mechanizmustagokat feltételezve) a mechanizmus középsı tagja haladó (transzlációs) körmozgást végez. A középsı taghoz kötött koordinátarendszer és a szán minden egyes pontja a forgattyúsugárral azonos nagyságú körpályán mozog, és nem fordul el. A transzlációs körmozgás természetesen más mechanizmusokkal is létrehozhatók, pl. két egymásba ágyazott forgó orsóval, amelyek nem egytengelyőek (nem koaxiálisak), mint pl. a Gellért féle sokszögeszterga.. a., b., c., 2.5. ábra Elemi mozgásokat megvalósító mechanizmusok Kétszabadságfokú szánok (mechanizmusok) az egyszabadságfokú szánokból képezhetık. Példaként említhetık a lineáris és forgó mozgást megvalósító szánok (pl. 20

fúrógép, fúró-marómő fıorsó), a két forgómozgásból bolygó mozgást végzı szánok (pl. a munkadarab mozgatású sokszögesztergák). Az elemi mozgásokat megvalósító szánok egymáshoz, illetve a tartóelemhez való kapcsolása lehet soros és párhuzamos. A soros építés (2.6.a ábra) a leggyakoribb. Ekkor az elemi mozgású szánokat, sorban úgy építik a tartóelemre és egymásra, hogy a mozgások egymásra merılegesek és a Descartes-i koordinátarendszer irányaiba esık legyenek. Az ábrák jelölései az alábbiak. Az E s1 -ben az elemi mozgás (E), szerszámot hordoz (s), elsırendő szán (1), azaz a szán közvetlenül a tartóelemre épül. Az E s2 -ben az elemi mozgású (E) szán másodrendő (2), ui. az elsırendő szánra épül, továbbá ez is szerszámot (s) hordoz. Az E m1, E m2 -ben az (E) lineáris és forgó szán munkadarabot hordoz (m), elsı, vagy másodrendően (1, 2). Az alakítási mechanizmusban (a), a származtató felület (származtató felülető szerszám) (F sz ), a munkadarab felület (származtatott felület) (F 1 =F m ). A 2.6.b ábra példaként egy vízszintes fıorsójú, osztott mozgású fúró-maró megmunkáló központ struktúráját mutatja, melynek kódolt leírásához a koordinátairányokat használtuk fel. a F sz F 1 =F m E s2 E m2 E s2 E m2 E s1 E s1 E m1 a., b., E m1 2.6. ábra Soros építéső szerszámgép funkciómodellje (baloldalt) Vízszintes fıorsójú, osztott mozgású fúró-maró megmunkáló központ struktúrája A párhuzamos kinematikájú gépépítés egy új irányzat, amely bizonyos elınyök (nagy forgácsolási- elıtolási- és gyorsjárati sebességek) alapján az elmúlt idık gépfejlesztésének egyik területe lett. Ezeknek a gépeknek hátrányaként említhetı, hogy munkaterük nem minden része egyenértékő, ezért széleskörően nem terjedtek el. A vegyes struktúrák a párhuzamos és soros kinematikai építéső gépek elınyeit egyesítik. Mivel a tisztán párhuzamos kinematikájú gépek munkaterének tartományai nem egyenértékőek a szerszám hozzáférés szempontjából, ennek feloldására a vegyes struktúrák jelenthetnek megoldást. 21

A szerszámgépek telepítésétıl függıen lehetnek alapozáshoz vagy munkadarabhoz (mobil) kötöttek. Az alapozáshoz kötött szerszámgépek jellemzıje, hogy a gép tartószerkezete a talajra, állandó helyre telepített, és az alkatrészeket viszik a gépre megmunkálás céljából. A legtöbb szerszámgép ilyen építéső. Az elızı fejezetekben bemutatott példákban alapozáshoz kötött szerszámgépeket láthattunk. A munkadarabhoz kötött (mobil) szerszámgépek elhelyezését a megmunkálási feladat határozza meg, ebbıl adódóan ezek mindig célgépek. A mobil szerszámgépek kialakítása egyedi és feladatfüggı, építésük legfontosabb kiindulópontja a megfelelı bázisok megkeresése. Megmunkáláskor a gépnek a munkadarabhoz, vagy annak környezetéhez viszonyított helyzetét kötötté kell tenni. Alkalmazásukat a következık indokolják. A megmunkálandó alkatrészek egy része igen nagymérető, és csak a helyszínen, vagy a szerkezetekbe építés után munkálható meg. Ekkor a megmunkáló berendezést telepítik az alkatrészre, vagy az alkatrészhez. Példák hozhatók az atomerımővek és a vegyipar berendezéseinek körébıl, vagy említhetık a gép- és szerkezetgyártás nagymérető hegesztett szerkezetei (pl. vasúti kocsik). E csoportba besorolhatók a tisztán szerszámmozgatású szerszámgépek is, amelyek alapozáshoz kötöttek és a munkadarab álló helyzető. A mobil szerszámgépek alkalmazásának másik, egyre növekvı területe a gazdaságos és célszerő sorozatgyártáshoz, felújításokhoz kötıdik, függetlenül az alkatrészek méretétıl. 2.4 Szerszámgépek rendszerezése A szerszámgépek rendszerezése többféle szempont alapján végezhetı el. Leggyakoribb az alakítási technológiák jellege, a szerszám és munkadarab közötti kölcsönhatás szerinti bemutatás. A fémmegmunkálás technológiai eljárásainak rendszerezése pl. a DIN 8580 (Deutsches Institut für Normung-Német Szabványügyi Intézet) szabványban található meg, amelyek kiinduló osztályozása szerint a következı csoportosítás tehetı: Anyagalakító, anyagszétválasztó (képlékenyalakító gépek) (pl. DIN 8582-8588) Anyagleválasztó (forgácsoló szerszámgépek) (pl. DIN 8589-8590) Anyagegyesítı (hegesztı, forrasztó stb. berendezések) Bevonatoló (pl. galvanizáló berendezések) Anyagtulajdonság változtató (hıkezelés berendezései) A fenti eljárások kiegészíthetık a következıkkel: Anyagépítı (pl. a gyors prototípus technológiák berendezései) Nagy energiasőrőségő (meleg: lézer, plazma, autogén, szikraforgácsolás és a hideg: vízsugaras) sugaras megmunkálások gépei. A nagy energiasőrőségő sugaras megmunkálások gépeinek szerszáma különbözı fizikai tulajdonságokkal bíró sugárnyaláb, amely a rá merıleges keresztmetszetben kör keresztmetszetőnek tekinthetı. A fenti osztályozás alapján fedések is lehetnek, pl. a sugaras megmunkáló gépeket tekinthetjük anyagszétválasztó gépeknek is. 22

Továbbiakban részletesen csak az anyagleválasztó, forgácsoló szerszámgépekkel foglalkozunk. 2.4.1 Anyagleválasztó eljárásokat megvalósító forgácsoló szerszámgépek A forgácsoló szerszámgépek, pl. az alábbi szempontok szerint csoportosíthatók. Csoportosítás a szerszám milyensége alapján. Geometriailag határozott élgeometriájú szerszámokkal dolgozó szerszámgépek: Forgó fımozgású: esztergagépek /egyélő, kétélő/, fúrógépek /két- és többélő/, marógépek /többélő/, főrészgépek /többélő/ (forgó és haladó fımozgású), stb. Egyenesvonalú haladó fımozgású vésı- és gyalugépek /egyélő/, üregelı gépek /többélő/, stb. A geometriailag határozatlan élgeometriájú szerszámokkal való megmunkálás gépei: köszörőgépek (merev szerszámmal, forgó fımozgású), hónológépek, dörzsköszörőgépek, tükörsímítı (leppelı) gépek, szalagköszörő gépek (rugalmas szerszámmal), stb. Csoportosítás cél szerint Technológiát megvalósító szerszámgépek az egyetemes szerszámgépek, mivel egyféle technológia és szerszámaival történik a megmunkálás. Gyártmányt megvalósító szerszámgépek a célgépek, automaták, amelyek többféle technológiát is alkalmaznak, és rendszerint készgyártmányt bocsátanak ki. Ma már ilyennek tekinthetık egyes, célfeladatot ellátó, CNC szerszámgépek is. Csoportosítás a munkadarabok alakja alapján Forgásszimmetrikus alkatrészek (hengeres felületek) elıállítására szolgáló szerszámgépek (pl. esztergagépek, egyetemes palástköszörő gépek, hengerköszörő gépek, furatmegmunkáló gépek). Síkfelületek elıállítására szolgáló szerszámgépek (pl. marógépek, síkköszörők, vésıgépek, gyalugépek (hossz- és haránt). Összetett, bonyolult felületek elıállítására szolgáló szerszámgépek, pl. a fogazó-gépek, menetgyártó gépek, beszúró és profilozó gépek, üregelı gépek, 2D-5D-s CNC szerszámgépek. 23

Csoportosítás a forgácsoló fımozgást végzı egység alapján A forgácsoló fımozgást a szerszám végzi (pl.: fúrógépek, marógépek /forgó fımozgás/, harántgyalugépek /egyenesvonalú haladó fımozgás/). A forgácsoló fımozgást a munkadarab végzi (pl.: esztergagépek, hosszgyalu gépek). Csoportosítás a forgácsoló fımozgás jellege alapján. Forgó fımozgású szerszámgépek (pl. esztergagépek, marógépek). Egyenes vonalú haladó fımozgású szerszámgépek (pl. vésıgépek, gyalugépek). A forgácsoló szerszámgépek többsége forgó fımozgással dolgozik. Ennek oka az, hogy csak forgó fımozgású szerszámgépeken használható ki a szerszámok nagy forgácsoló képessége. Haladó fımozgásnál a dinamikai határok szabnak korlátot. Csoportosítás a gép mőködtetése szerint. Kézi mőködtetésőek, pl. hagyományos egyetemes gépek. Automatikus mőködtetésőek, pl. mechanikus automaták, célgépek, számjegyvezérléső szerszámgépek. Csoportosítási szempontok egy adott szerszámgép típuson belül a gyártási eljárás (a szerszám) típusa, a forgácsoló fımozgás típusa, száma, kinematikája, a fıorsó térbeli helyzete (vízszintes, függıleges, más), a munkadarabok típusa, a megmunkált felületek geometriája, a munkadarabok mérete, a gép, a megmunkálás pontossága, az elıállítandó darabszám, a mellék, illetve elıtoló mozgások, szánok típusa, száma, kinematikája, a gép struktúrája, a gép tartószerkezetének alakja, a gyártás rugalmassági foka, az automatizálás típusa, a mőveletkoncentráció foka, stb. alapján. Rendszerezési példa az esztergagépek körébıl Az esztergáláshoz alapesetben egy forgó fımozgás, és két egymásra merıleges elıtoló mozgás szükséges. Az elıtolási irányok a fımozgás sebességének irányára merılegesek. Az esztergálás egyélő, határozott élgeometriájú szerszámmal történik. A forgácsoló fımozgás kör alakú forgácsoló mozgás, amelyet rendszerint a munkadarab végez, de elıfordulnak szerszám fımozgással dolgozó esztergák (pl. hosszesztergák, faipari esztergák) is. 24