MISKOLCI EGYETEM Gépgyártástechnológiai Tanszék Miskolc - Egyetemváros
ALAKOS KÖRKÉS PONTOSSÁGI VIZSGÁLATA EXCEL ALAPÚ SZOFTVERREL
OKTATÁSI SEGÉDLET Összeállította: Dr. Szabó Sándor
A forgácsoló megmunkálásokhoz kapcsolódó tervezéseknek egyik aktuális részfeladata a műveletelemek összevonása alakos késekbe ( pl.: körkésekbe ). A technológiai minőségbiztosítás részeként értelmezhető pontossági vizsgálat geometriai alapismeretek alkalmazására épül. A pontossági vizsgálat - egyik korszerű lehetőségként - az „ EXCEL ”szoftver alkalmazásával valósítható meg.
Miskolc, 2006.
2 BEVEZETÉS A forgácsoló megmunkálásokhoz kapcsolódó tervezéseknek egyik aktuális részfeladata a műveletelemek összevonása alakos késekbe ( pl.: körkésekbe ).
b
a
c
B.1. ábra. Az alakoskés alkalmazásának főbb elemei [ TRAUB ] A B.1. ábra azt szemlélteti, hogy egy bizonyos típusalkatrész (a), korszerűen rövid idő ( 17s ) alatt csak szerszámba ( b ) összevont műveletelemek segítségével alakítható ki. Az egyedi tervezésű szerszám alkalmazás eredménye a kohászati, hatszögű ( ! ) rúd előgyártmányból kialakított felületkombináció ( c ).
B.2. ábra. Jellegzetes korszerű alakoskések [ 4 ] Az alakos kések jellegzetes igényeinek kielégítéseit szemlélteti a B.2. ábra. E területen is megfigyelhető már a takarékos szerszámanyag alkalmazás, a szerelt kivitel egyfajta alkalmazása. A további „ gyártói kínálatú ”megoldások a keményfém szerszámanyag felhasználási változatait szemléltetik a B.3. ábra segítségével.
B.3. ábra. Jellegzetes keményfém dolgozórészű alakoskések [ 4 ]
3 Az alakoskések fő változatainak rövid - lényegében INTERNET alapú - áttekintésével a témakör aktualitását is érzékeltetni kívántuk. Ezzel megalapozottnak tekinthetjük ezen szerszámok egyik változatánál a pontossági vizsgálatok fontosságát is. A technológiai minőségbiztosítás részeként értelmezhető pontossági vizsgálat geometriai alapismeretek alkalmazására épül. A pontossági vizsgálat – a számításigényesség okán, az egyik korszerű lehetőségként – az „ EXCEL ”szoftver alkalmazásával valósítható meg. Néhány részlettervezési lépést is bemutatunk annak érdekében, hogy egy számításigényes lépéshez az EXCEL alapszoftver alkalmazását elemezhessük. 1. A KÖRKÉSTERVEZÉS ALAPISMERETEI A körkéstervezés részlettervezési lépéseiként az alábbiakat célszerű megkülönböztetni[ 1-3 ]: • • • • • •
profilkiegészítések meghatározása, főméretek megválasztása, profilméretek számítása, pontossági vizsgálatok, működési vizsgálatok, rajzdokumentáció elkészítése.
A két utóbbi résztervezési feladat az oktatási segédlet tárgykörét nem érinti, ezért tovább nem részletezzük. A profilkiegészítések azt célozzák, hogy a majdani él pontjai minél korrektebb módon , „minőségbiztosítottan” legyenek „ átmásolva ” a munkadarabra. Például az előgyártmány méretének, esetleg adagolási jellemzőinek szóródását veszi figyelembe az egyik profilkiegészítési összetevő. Elhagyása nem kívánt „lépcsőket” , nyers felületeket eredményezne a munkadarabon, végső soron egy hibás szerszámtervezési változatot. Ennek, és a további összetevőknek a változatai a 1.1. ábra alapján elemezhetőek [ 3 ]. Ezek szükség esetén, számítógéppel segítetten egyfajta „ minta esetei ” alapján történő kidolgozással - elemi szakértői szemlélet alkalmazásával - lennének felhasználhatóak [ 5 ].
1.1. ábra. A profil kiegészítésének néhány alapesete [ 3 ]
4 A főméretek általában statisztikai alapú táblázati ajánlások alapján választhatóak, a megvalósítandó profilmélység és profilhossz függvényében , valamint az alkalmazni kívánt szerszámtartó típus szerint [ 3 ]. A profilméretek számítása alapozza meg a szerszámtervezés lényeges részleteit. Ezzel a lépéssel dől el, hogy egy bizonyos munkadarab pontot melyik szerszámpont alakít ki. Körkésre értelmezhető geometriai viszonyokat szemlélteti az 1.2. ábra.
MUNKADARAB
KÖRKÉS
1.2. ábra. Geometriai viszonyok a profilméretek meghatározásához [ 3 ] A fontosabb összefüggések és értelmezések az alábbiak, amelyek alapján már a pontossági vizsgálatok is megalapozottnak tekinthetőek : r sin ψ i = ⋅ sin γ f (1.1.) ri R i = R 2 ⋅ sin 2 (α f + γ f ) + (A − ri ⋅ cos ψ i + r ⋅ cos γ f ) 2
(1.2.)
A = R ⋅ cos(α f + γ f )
(1.3.)
Ahol: r ri R Ri αf γf ψi A
a profil minimális munkadarab sugara, a profil tetszőleges munkadarab sugara, a szerszám maximális sugara, a szerszám ri -hez tartozó sugara ( 1.2. szerinti ) , a hátszög ( alaptartó szerinti ) , a homlokszög ( élezés szerinti ) , segédváltozó szög (1.1. szerinti ) , segédváltozó ( 1.3. szerinti ) .
5
2. A KÖRKÉS PONTOSSÁGI VIZSGÁLATÁNAK ALAPISMERETEI A technológiai minőségbiztosítás részeként értelmezhető pontossági vizsgálat, esetünkben a geometriai alapismeretek alkalmazására épülően végezhető el. Lényegében az előzőekben bemutatott összefüggéseket lehet alkalmazni két, ismert munkadarab sugárhoz kiadódó szerszámsugár közötti - első közelítésben, a gyakorlat szerinti - kúpszakasz feltételezésével. A viszonyokat és a további értelmezéseket a 2.1. ábra szemlélteti.
2.1. ábra. Vázlat a kúpszakasz megmunkálásának pontossági vizsgálatához Az összefüggések értelemszerű alkalmazásával rkt meghatározható, mint „középső tényleges” munkadarabsugár. A hiba pedig az alábbiak szerint értelmezhető: H = | rkt - rke |
(2.1.)
Ahol: rkt rke
a középső tényleges ( Rkt-vel kialakított ) munkadarabsugár, a középső elméleti munkadarabsugár.
A számított mérethiba, mint a munkadarab kúposságát jellemző egyfajta alakhiba („hordóssági”) értéknek kell azután a megengedhetőn belül lenni. Nem megfelelőség esetén „iterációkat” kell végezni a munkadarab kúpot kialakító újabb, közbenső ( pl.: felező ) sugarak szerint. Így juthatunk el a több „rész-kúpszakaszú” körkéshez. Természetesen ezen rész-szakaszok csak kis mértékben térnek el az eredeti körkésen értelmezhető kúposságtól. Talán könnyen belátható, hogy ezzel a megfontolási sorozattal növekszik a munkadarab kúpját alakító élpontok száma, következésképpen a közöttük megvalósított közelítés csökkenő hibát eredményez. A fentiekben röviden bemutatott metodika képezheti a számítógéppel segített feldolgozás alapját, esetünkben az EXCEL alapszoftver alkalmazását.
6
3. A PONTOSSÁGI VIZSGÁLAT EXCEL ALAPÚ SZOFTVERREL Az összefüggések gyors feldolgozása, a pontossági vizsgálat - egyik korszerű lehetőségként az „ EXCEL ” alapszoftver alkalmazásával valósítható meg. A kiemelt monitor részlet a 3.1. ábrán látható. Az „ ÁTÍRNI !!! ” négysoros mezőben megtalálhatók, beazonosíthatók a korábbi képletek független változói. Későbbi sorok részletszámításokat jeleznek ki, majd pedig a „ 16. ” sor a két számított szerszámsugarat. További részletszámítások után jelezhető ki a „ 25. ” sor szerint a keresett hibaérték.
3.1. ábra. A pontossági vizsgálat EXCEL részlete Néhány jellegzetes „EXCEL - cella szerkesztőléc” tartalom a 3.2. ábra szerinti.
3.2. ábra. Jellegzetes „szerkesztőléc” tartalmak Tapasztalataink szerint több évre visszamenően a vázolt számítástechnikai alkalmazás jól szolgálja a részlettervezési lépés végrehajtását és az ellenőrzéseket. Kisebb átalakítással több részlettervezési lépésre is kiteljesíthető az EXCEL alapszoftver.
7
4. JELLEGZETES PONTOSSÁGI VIZSGÁLATOK A 3.1. ábrán bemutatott EXCEL monitor részlet természetesen pontosítható adott feladathoz és annak célszerűen kialakított variációihoz. Továbbiakban ennek megfelelő részleteket mutatunk, és ezek alapján következtetést fogalmazunk meg röviden a hiba alakulására.
4.1. ábra. Alapváltozat
4.2. ábra. Hátszögre csökkentett változat ( fősorok szerinti )
8
4.3. ábra. Homlokszögre csökkentett változat ( fősorok szerinti )
4.4. ábra. Hátszögre növelt változat ( csökkentett fősorok szerinti )
4.5. ábra. Homlokszögre növelt változat (csökkentett fősorok szerinti ) Egy olyan munkadarabra mutattunk be számítási eredményeket, amelynek minimális sugara a profilszakaszon r = 20 mm és a vizsgálatra kiválasztott kúpszakasz a 21 mm, ill. a 23 mm sugarakkal jellemezhető ( a hosszérték tetszőleges lehet, hiszen attól független a profil torzulása, lásd : 1. alfejezet ). A körkés maximális sugarát R = 50 mm értékűre választottuk. A 4.1. ábra. szerinti alapváltozatnál a forgácsoló él szögértékeit nem módosítottuk a 3.1. ábrán láthatóhoz viszonyítottan. ( Már ezek alapján is látható, hogy csökkent a hibaérték, de ezt tovább nem részletezzük, hiszen mindkettő véletlenszerű bemenő adatértékűnek tekinthető . ) A „ módszeres ” változatok képzését a forgácsoló él szögértékeire végeztük el. A hátszöget 6° és 10° , ill. a homlokszöget 10° és 20° értékűre módosítva példaként. A kapott hibaértékek az egyes szögértékek változtatásának megfelelően csökkentek, ill. növekedtek. Ezek számszerű kiértékelését, netán százalékos elemzését az olvasóra bízzuk.
IRODALOM 1. Dr. Dudás Illés: Gépgyártás-technológia I. - IV., EGYETEMI TANKÖNYVEK , Miskolci Egyetemi Kiadó, 2000.-2004. 2. E. Górski: Alakos megmunkálószerszámok, Műszaki Könyvkiadó, Bp., 1976. 3. Dr. Szabó Sándor: Radiális előtolású alakos körkések tervezése, NME - Oktatási segédlet, 1990. 4. http://www.toolprodukt.hu/home_hu.asp http://www.buehler-hartmetall.de/de/start.php http://www.petersontool.com/index.html http://www.leistritzcorp.com/machine_tools_products_flat_form.cfm 5. Jodál Endre : Számítástechnika az ezredforduló küszöbén, Az Erdélyi MúzeumEgyesület Kiadása, Kolozsvár, 1992. Miskolc, 2006. október
