Obrabiarki wieloosiowe
oraz sposoby obróbki części wg liczby osi
Obrabiadki CNC
Wykład
Kuczkowski Michał
MBM nst, sem V
Rozwój obrabiarek skrawających jest podyktowany rozwojem technologii efektywnego wytwarzania, dążeniem do rozszerzania możliwości technologicznych, osiągnięcia
dużej dokładności obróbki przy minimalizacji czasu i kosztów.
Tokarki i centra tokarskie
Celem obróbki na nowoczesnych tokarkach jest wykonanie na gotowo przedmiotu w jednym cyklu roboczym i na jednej maszynie. Stąd też od tokarek i centrów obróbkowych tokarskich wymaga się realizowania –oprócz typowych zabiegów toczenia – także wiercenia, gwintowania i rozwiercania mimośrodowego i poprzecznego oraz frezowania.
Tokarki CNC i tokarskie centra obróbkowe są to więc obrabiarki wielozabiegowe (wielofunkcyjne)
a) pozioma kłowo-uchwytowa: z dwiema głowicami rewolwerowymi,
b) pionowa: 1 – wrzeciennik, 2 – głowica rewolwerowa, 3 – podsystem magazynowy, 4 – układ
Cechy nowoczesnych centr tokarskich
Ø sterowane numerycznie: wrzeciono główne C1
i przechwytujące C2, co daje możliwość obróbki
przedmiotu z drugiej strony
Ø głowice rewolwerowe z dużą liczbą narzędzi i z narzędziami obrotowymi (tokarki rewolwerowe), przy
czym jedna z głowic może wykonywać ruchy
w osiach Z, X, Y, a czasem też w osi B,
Ø uniwersalny wrzeciennik narzędziowy o dużej mocy,
wykonujący ruchy w osiach Z, X, Y, B (centra tokarskie)
Ø możliwości wykonywania różnych zabiegów obróbkowych
Ø oprócz zabiegów tokarskich również innych zabiegów z wykorzystaniem narzędzi obrotowych (frezów, wierteł, gwintowników i in.) przy nieruchomym lub obracającym się wrzecionie przedmiotowym – tak aby w wyniku obróbki uzyskać część gotową lub prawie gotową.
Kompletną obróbkę przedmiotów realizuje się dzięki
sterowaniu w osiach:
Ø C1 (i C2) – co pozwala na: frezowanie płaszczyzn,
rowków wpustowych, krzywek promieniowych i bębnowych, uzębień, obróbkę otworów rozmieszczonych promieniowo lub równolegle do osi przedmiotu, także od strony powierzchni ustalających przedmiot we wrzecionie głównym
Ø Y - co umożliwia obróbkę płaszczyzn rozmieszczonych na cięciwie, obróbkę mimośrodów i wykorbień,
Ø B - co pozwala na obróbkę otworów rozmieszczonych pod dowolnym kątem, frezowanie płaszczyzn.
Frezarki i centra frezarskie
Tendencje konstrukcyjno-technologiczne i ulepszenia
w obrabiarkach do korpusów są wielokierunkowe i znajdują odbicie w następujących właściwościach frezarskich centrów obróbkowych:
Ø Duża różnorodność konstrukcji w zależności od potrzeb klientów dla zróżnicowanego spektrum obrabianych przedmiotów;
Ø Wysoka zdolność ruchowa wyrażająca się dużą liczbą osi sterowanych (obróbka pięcioosiowa) i uniwersalnością, umożliwiającą obróbkę przedmiotu z różnych stron w jednym mocowaniu oraz produkcję krótkoseryjną,
a nawet jednostkową;
Ø Zróżnicowane, wieloosiowe układy strukturalne:
1)klasyczne – centrów frezarskich trzyosiowych: wspornikowy, ze stołem krzyżowym, w układzie T, z przesuwnym wrzeciennikiem, bramowy,
2) centrów pięcioosiowych: ze skrętnym stołem w dwóch
osiach, ze skrętnym wrzeciennikiem w dwóch osiach, ze stołem obrotowym i skrętnym wrzeciennikiem,
3) pięcioosiowe frezarki do obróbki z pręta,
4)frezarki o zamkniętych strukturach kinematycznych
(pentapod, hexapod) o bardzo wysokiej zdolności ruchowej;
Ø Zintegrowane napędy główne (elektrowrzeciona)
dużym zakresie prędkości obrotowych wrzeciona i liniowe silniki napędu posuwów o wysokich prędkościach ruchu posuwowego i przesuwowego;
Ø Nowe rozwiązania układów do automatycznej zmiany
narzędzi o zwiększonej pojemności magazynów narzędziowych i krótkich czasach wymiany narzędzia;
Ø Automatyzacja wymiany przedmiotów obrabianych (palet przedmiotowych) poprzez dostosowanie obrabiarek do różnych podsystemów podawania palet (zwykłych systemów paletowych, systemów robotycznych, regałowych i innych);
Możliwości technologiczne
Możliwość kompletnej obróbki przedmiotów na gotowo w jednej operacji technologicznej, dzięki obróbce wieloosiowej, wielozabiegowej z wielu stron w jednym zamocowaniu, wieloma różnymi narzędziami i obróbce z przechwytem na centrach tokarsko-frezarskich i frezarkach do obróbki z pręta. Zmniejszenie liczby mocowań na frezarkach pięcioosiowych
Zmniejszenie liczby mocowań na frezarkach pięcioosiowych
Zmniejsza to koszt wykonania przez eliminację drogiego oprzyrządowania i skrócenie czasów przygotowawczych, ustawczych i zakończeniowych. Wieloosiowe frezowanie znalazło zastosowanie w wielu przypadkach obróbki skomplikowanych powierzchni, ścian pochylonych „ujemnie” w stosunku do osi freza. Pozwoliło na dotarcie krótkim, sztywnym narzędziem w trudnodostępne miejsca obróbki
Wymagana długość narzędzia: a) przy obróbce na obrabiarce trzyosiowej,
b) przy obróbce na obrabiarce pięcioosiowe
Frezowanie przy sterowaniu w pięciu osiach umożliwia
więc obróbkę trudno dostępnych miejsc (bokiem i koń-
cem narzędzia), co pozwala na wykonywanie części
w postaci monolitów, poprzednio konstruowanych jako
składane. Przy klasycznej technologii obróbki bazy obróbkowe oraz powierzchnie ustalające musiały być rzeczywiste. Przy obróbce na nowoczesnych obrabiarkach sterowanych numerycznie, która odbywa się w jednym zamocowaniu, bazy obróbkowe mogą być urojone (wirtualne);
Przy zastosowaniu obróbki HSC charakteryzującej się małymi siłami skrawania, istnieje możliwość obróbki elementów cienkościennych i o niewielkiej sztywności. Wysoka częstotliwość sił wymuszających przy frezowaniu zmniejsza problem drgań i upraszcza mocowanie przedmiotów. Zmienione technologie,umożliwiają obróbkę skrawaniem materiałów utwardzonych. Duże prędkości obrotowe wrzecion pozwoliły na efektywne stosowanie frezów o bardzo małej średnicy. Umożliwia to frezowanie małych promieni zaokrąglenia, wąskich wgłębień czy obróbkę wąskich szczelin. Ograniczyło to zastosowanie obróbki EDM, będącej dotychczas jedynym, kosztownym rozwiązaniem.
Możliwość konstruowania i obróbki przedmiotów o bardzo skomplikowanych kształtach, o dowolnych powierzchniach, np.: wirników, łopatek turbin, kół zębatych:
-frezowanie otworów o złożonym, zmiennym przekroju i osi tych otworów, która nie jest linią prostą,
1)frezowanie rowków ślimakowych o zmiennym skoku
i złożonym profilu poprzecznym,
2)obróbka kątów „ujemnych” na frezarkach trzyosiowych za pomocą narzędzi specjalnych.
3)obróbka narzędziami specjalnymi (frezy kształtowe)
z zastosowaniem skomplikowanego toru ruchu narzędzia
w 5 osiach.
Najlepszą ilustracją zmiany poglądów na technologiczność konstrukcji będzie przykład obróbki kół zębatych na
frezarkach pięcioosiowych. Proces obróbki odbywa się na
jednej maszynie – frezarce pięcioosiowej i obejmuje:
Ø toczenie, wiercenie, frezowanie koła i zgrubne frezowanie przestrzeni międzyzębnej w stanie nieutwardzonym,
Ø zdjęcie koła zębatego z maszyny i jego obróbkę
cieplną.
Ø ponowne założenie uzębienia na tę samą maszynę
i jego obróbkę wykończeniową w stanie utwardzonym.
Obróbkę kół zębatych na frezarkach pięcioosiowych umożliwia specjalne oprogramowanie, które zawiera:
Ø moduł obliczania geometrii przestrzeni międzyzębnej (wrębu) na podstawie danych koła z modelowaniem
uwzględniającym profil, nośność zęba i geometrię stopy
zęba;
Ø generator toru ruchu i parametrów frezowania przestrzeni międzyzębnej w stanie nieutwardzonym;
Ø generator toru ruchu i parametrów frezowania przestrzeni międzyzębnej po obróbce cieplnej;
Ø generator danych pomiarowych;
Ø postprocesor dla wybranej frezarki pięcioosiowej.
Źródła:
• J. HONCZARENKO: Obrabiarki sterowane numerycznie. WNT Warszawa 2008.
• Katalogi producentów obrabiarek Mazak i DMGMORI
• Materiały własne o obrabiarkach wieloosiowych
(Monter w DMG MORI Famot Pleszew)
SeriesOfGoods