MISKOLCI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR SZERSZÁMGÉPEK TANSZÉKE 3515 Miskolc-Egyetemváros
Diplomaterv
Feladat címe:
Alkatrész előkészítése és minősítése DMU monoblock 40 NC megmunkáló központon
Készítette:
Tucsa Viktor MSc szintű, gépészmérnök szakos CAD/CAM szakirányos hallgató
Konzulensek: Dr. Csáki Tibor Egyetemi docens Miskolci Egyetem Szerszámgépek Tanszéke Oláhné Lajtos Julianna Mérnöktanár Miskolci Egyetem Szerszámgépek Tanszéke
2014. május 6.
Diplomatervezés
2
Diplomatervezés
Tartalom
1.
Zusammenfassung............................................................................................................... 6
2.
Bevezetés ............................................................................................................................ 7
3.
Gyárthatóság vizsgálata ...................................................................................................... 8
4.
5.
6.
3.1.
CAD rendszerek bemutatása ....................................................................................... 8
3.2.
CAM rendszerek bemutatása ....................................................................................... 9
3.3.
Marás CAM rendszerekben ....................................................................................... 10
Megmunkálandó alkatrész ismertetése ............................................................................. 13 4.1.
Modell generálása ...................................................................................................... 13
4.2.
Modell építés problémái, hibái .................................................................................. 14
4.3.
Vizsgált geometria létrehozása .................................................................................. 14
DMU monoblokk 40 megmunkálógép ismertetése .......................................................... 18 1.1.
Többtengelyes megmunkálógépek ............................................................................ 18
1.2.
DMU 40 5 tengelyes marógép ................................................................................... 18
Megmunkálás a Mastercam X5 programban .................................................................... 21 6.1. Mastercam Program ismertetése ................................................................................... 21
7.
8.
6.2.
Megmunkálási környezet kialakítása......................................................................... 22
6.3.
Megmunkálás folyamata............................................................................................ 23
6.3.1.
Hengeres felület kialakítása ............................................................................... 24
6.3.2.
Felső felület, sík lemunkálása S5 ....................................................................... 25
6.3.3.
Alakos felület nagyolása .................................................................................... 25
6.3.4.
Alakos felület finiselése több lépésben .............................................................. 28
Megmunkálás a Topsolid programban .............................................................................. 34 7.1.
Topsolid program bemutatása ................................................................................... 34
7.2.
Megmunkálás előkészítése ........................................................................................ 35
7.3.
Szerszámok kiválasztása............................................................................................ 39
7.4.
Megmunkálás folyamata............................................................................................ 40
7.5.
Várható eredmények kiértékelése .............................................................................. 44
Munkadarab ellenőrzése ................................................................................................... 49 8.1.
Méréshibák ................................................................................................................ 49
8.2.
Mérés, koordináta mérőgéppel .................................................................................. 50
3
Diplomatervezés
8.2.1. TESA MICRO-HITE 3D háromkoordinátás mérőgépen végzett mérések eredményei ........................................................................................................................ 52 8.2.2. Sheffield MICRO-HITE 3D háromkoordinátás mérőgépen végzett mérések eredményei ........................................................................................................................ 56 8.3.
9.
Mérés 3D szkenner segítségével ................................................................................ 56
8.3.1.
Szkennerek Működési alapjai............................................................................. 57
8.3.2.
Breuckmann smartscan 3D szkennerrel végzett mérések .................................. 58
8.3.3.
Geomagic Studioban végzett ellenőrzés ............................................................ 60
Következtetés .................................................................................................................... 63
10.
Összefoglalás ................................................................................................................. 64
11.
Irodalomjegyzék ............................................................................................................ 65
4
Diplomatervezés
EREDETISÉGI NYILATKOZAT
Alulírott Tucsa Viktor ; Neptun-kód: Q9ZAY2 a Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Karának végzős CAD/CAM szakos hallgatója ezennel büntetőjogi és fegyelmi felelősségem tudatában nyilatkozom és aláírásommal igazolom, hogy Alkatrész elkészítése és minősítése DMU monoblock 40 NC megmunkáló központon című szakdolgozatom/diplomatervem saját, önálló munkám; az abban hivatkozott szakirodalom felhasználása a forráskezelés szabályai szerint történt. Tudomásul veszem, hogy szakdolgozat esetén plágiumnak számít: -
szószerinti idézet közlése idézőjel és hivatkozás megjelölése nélkül; tartalmi idézet hivatkozás megjelölése nélkül; más publikált gondolatainak saját gondolatként való feltüntetése.
Alulírott kijelentem, hogy a plágium fogalmát megismertem, és tudomásul veszem, hogy plágium esetén szakdolgozatom visszautasításra kerül.
Miskolc, 2014. május 5.
…….……………………………….… Hallgató
5
Diplomatervezés
1. Zusammenfassung
Das Ziel der Aufgabe war die Herstellung eines Schmiedewerkzeuges durch ein Bearbeitungszentrum, die Untersuchung des Ersatzteiles von Gesichtspunkt der Herstellbarkeit und die Kontrolle der gefertigten Werkstücke. Die Dokumentation des Schneidewerkzeuges wurde im Format „dwg“, bzw. „igs“ gegeben. Die Untersuchung und die Änderung des Modelles ist mit der Hilfe Siemens Solid Edge ST6, die Simulation der Bearbeitung mit Mastercam X5 und mit Topsolid Programm geschehen. Im ersten Tritt habe ich die Eigenarten der verschiedenen CAD und CAM Programme vorgestellt und ich habe die mögliche Bearbeitungsmethoden mit der Hilfe von CAM Softwares kennengelernt. Dann sind die Schaffung, die Verwandlung und die Korrektur des Modelles auf solche Weise gefolgt, die Geometrie im möglichen wenigsten Maß im Vergleich mit dem originalen Modell zu ändern. Das berichtigte Modell war schon geeignet zur in Mastercam und Topsolid Softwares ausgeführten Arbeit. Mit der Hilfe der Programme habe ich Simulationen auf verschiedene Weisen laufen gelassen. Nach der Untersuchung der Simulationen habe ich das endgültige Bearbeitungsprogramm mit der Hilfe des auf dem Lehrstuhl stehenden Postprozessors gemacht. Danach ist die Herstellung mit der Hilfe der DMU 40 Bearbeitungsmaschine gekommen. Das angefertigte Werkstück habe ich mit über 3 Koordinaten verfügenden Messmaschine und 3D Scanner kontrolliert. Zuletzt habe ich die entsprechenden Schlüsse in Kenntnis des Werkstückes, der Simulation des Prozesses der Herstellung und der gefertigten Messungen gezogen.
6
Diplomatervezés
2. Bevezetés
A feladat célja egy kovácsszerszám megmunkáló központon történő legyártása, az alkatrész vizsgálata gyárthatósági szempontból. A kovács szerszám dokumentációja dwg, illetve igs formátumban volt adott. A modell vizsgálata és módosítása a Siemens Solid Edge ST6, a megmunkálás szimulálása a Mastercam X5 és a Topslid program segítségével történt. A munkadarab ellenőrzését különféle méréstechnikák alkalmazásával végeztem el.
1. ábra Kovácsszerszám háromdimenziós modellje
A feladat megoldásának lépései: -
Gyárthatósági folyamat lépéseinek ismertetése
-
Megmunkálási módok típusainak vizsgálata
-
A feladatkiíráshoz adott alkatrész elemzése
-
CAD modell elkészítése a megmunkálás szimulációkhoz
-
DMG-DMU 40 Monoblock megmunkáló gép megismerése
-
Munkadarab elemezése marógépen való gyárthatóság szempontjából
-
Megmunkálás szimuláció készítése Mastercam, illetve Topsolid program segítségével
-
Munkadarabok legyártása
-
Elkészült munkadarabok vizsgálata tapintómérő és 3D szkenner segítségével
-
Mérések eredményeinek kiértékelése, összehasonlítása
7
Diplomatervezés
3. Gyárthatóság vizsgálata
Egy gyártási folyamat során a gyártási technológia, a berendezések, a szerszámok, a készülékek és az alkatrész geometriája közti kapcsolatokat kell vizsgálnunk, azaz azon tevékenységek összességét, melynek folyamán egy anyagból alakjának és tulajdonságainak megváltoztatásával tervszerűen terméket hozunk létre. Egy alkatrészgyártás technológia folyamatának megtervezésében, napjainkban számtalan CAD, illetve CAM programot veszünk igénybe.
3.1.
CAD rendszerek bemutatása
A CAD szó a Computer Aided Design, azaz a számítógéppel segített tervezés rövidítése, a mai CAD szoftverek kínálata igen nagy terjedelmű, a kétdimenziós (vektor-grafikai) rajzolóktól a fejlett háromdimenziós parametrikus asszociatív testmodellezőkig terjed. A CAD rendszereket alapvetően alkalmazási területeik (gépészeti, elektronikai, építészeti), modellezési módszereik (2D, 3D), alkalmazott megjelenítési módszereik (huzalvázas, felület, test modell) és modellkezelésük (parametrikus, nem parametrikus) alapján különböztetjük meg. [4]
A CAD rendszerek által alkotott modell típusok: -
2D drótváz
-
2,5D hasáb, forgástest
-
3D drótváz
-
3D felület
-
3D test
Parametrikus asszociatív modellezés értelmezése: A parametrikus szó arra utal, hogy az építőelemek kapcsolata és geometria mérete szabadon változtatható geometriai paraméterek alapján, asszociativitás alatt az egyes építő elemek egymásra utaltságát értjük. Ezen elemek egymással kapcsolatokat alkotnak, és irányított referenciákként szolgálnak a modellezés során. Építőelemeknek nevezzük a segédelemeket (pont, görbe, sík), elemi testeket (hasáb, henger), kiegészítő elemeket (letörés, lekerekítés, furat), elemi felületeket (kihúzott sík, forgásfelület) és a felületmanipulálásokat (vágás, egyesítés, eltolás). 8
Diplomatervezés
3.2.
CAM rendszerek bemutatása
A CAM szó a Computer Aided Manufacturing, azaz a számítógéppel segített gyártás rövidítése. Feladatai közé tartoznak a szerszámpályák tervezése, NC programok generálási folyamatai. [4] CAM rendszerek jellegzetes építőelemei: -
Szerszámpálya számítás
-
Szerszámpálya szerkesztés
-
Szerszámpálya optimalizálás
-
Anyag és szerszám adatbázis
-
Megmunkálási időszámítás
-
Nc posztprocesszor
Cam rendszerekkel történő megmunkálás során általában dimenziókban adjuk meg a megmunkálás típusát, dimenzió alatt a szabadságfokokat értjük, így az elméleti maximum 6D lehet, a valóságban azonban maximum 5D-s megmunkálásokról beszélünk. Dimenziók esetében megkülönböztetünk egész, illetve fél dimenziókat. Egész számok alatt az egyidejűleg mozgatható tengelyek számát értük, fél számokkal a szakaszos fogásvételi mozgásokat jellemezzük. A többtengelyes megmunkálógépek tulajdonságaira részletesen az 5. fejezetben térek ki.
Megmunkálások dimenzió alapján történő csoportosítás: - 1D egy tengely menti elmozdulás (fúrás) -
2D két tengely menti elmozdulás (esztergálás, sík vágások)
-
2,5 D (marási feladatok egy része)
-
3D háromirányú szimultán mozgások
-
5D marás (3 lineáris és 2 forgó mozgás segítségével)
A CAM munkafolyamatok az alábbi lépésekből épülnek fel: -
CAD modell módosításai
-
Szerszámgép definiálása
-
Szerszámok kiválasztása 9
Diplomatervezés
-
Mozgásciklusok
-
Geometriák kijelölése
-
Számítások végrehajtása
-
Szimulációk
-
Szimulációk ellenőrzése
-
NC-program generálás
-
Dokumentálás
E folyamatlista a gyártás előtt még kiegészülhet a modellalkotás folyamatával (CAD szoftverben), illetve utána az ellenőrzési eszközökkel, ilyenek a különféle mérő eszközök (szkennerek, tapintómérő gépek). A CNC megmunkálások legnagyobb előnye a hagyományos technológiákkal szemben, hogy bonyolult mozgásciklusokat tudunk alkalmazni az adott műveletek alatt. A szerszámpályák meghatározása a munkadarab geometriájától, az alkalmazott szerszámtól és a mozgásciklus típusától függ. Egy adott forgácsolási feladat több módon is megoldhatóvá válik és a szoftverek segítségével előre kiértékelhetjük a kapott eredmények hatékonyságát és minőségét. A CAM szoftverekkel lehetőségünk nyílik a szerszámpályák megjelenítésére és komplex szimulációkat végezhetünk nem csak a munkadarab és a szerszám, hanem a teljes megmunkálási környezetről (megmunkálógép, készülékek). Ezen felül a szimulációk pontos értékeket adnak a megmunkálási időkről, a forgácsolási paraméterekről és a gépteljesítményekről is.
3.3.
Marás CAM rendszerekben
Az ilyen típusú rendszerek úgynevezett marási stratégiákat alkalmaznak, 2,5D - 3D marási stratégiákat vagy különleges mozgásciklusokból álló 5D marási stratégiákat. A megmunkálás során az alkatrész közepén elhelyezkedő alakos felület jelenti a legnagyobb kihívást, amely igényli ezen megoldásokat. A különféle marási stratégiákat az alábbiakban, felsorolás szerűen ismertetem [4]: 2,5D marási stratégiák: -
Síkmarás
-
Térfogat marás
-
Teraszoló kontúrsimítás
10
Diplomatervezés
-
Zsebmarás
-
Sarokmarás
-
Fúrás
3D marási stratégiák: -
3D felület simítás
-
Kombinált simítás
-
Maradékanyag megmunkálás
-
Térbeli sarokmarás
-
Gravírozás
-
Trajektória marás
Különleges stratégiák: -
3D helikális simítás
-
Süllyesztő marás
-
Trochoid marás
-
Menetmarás
-
Alámetszés marás
Marási műveletek során alapvetően három lépést különböztetünk meg: a nagyolást, az utónagyolást és a simítást; amelyeknél az előbbiekben ismertetett stratégiákat használhatjuk.
Nagyolás A nagyoló marások elsődleges célja, hogy nagy mennyiségű felesleges anyagot minél nagyobb sebességgel, a lehető legkevesebb idő alatt távolítsunk el. A nagyolási műveletek esetén nem törekszünk a pontos felületi minőségre, hiszen a felületeken ráhagyásokat alkalmazunk, amelyeket az utónagyolás és a simítás folyamán távolítunk el.
Utónagyolások Utónagyolásról akkor beszélünk, ha gazdaságossági és termelékenységi okból a nagyolás folyamatát több szerszámmal, több lépésben végezzük el. A cél, hogy a műveletek egyre kevesebb anyagfelesleget hagyjanak a munkadarabon. 11
Diplomatervezés
Simítás Fő célja a megfelelő pontosság és felületminőség biztosítása. A hengeres, illetve síkfelületek simítása elvégezhető már az utónagyolás folyamán is, azonban az alakos és 3D felületelemek külön műveletet igényelnek. Ennek fő oka a változatos geometria, amely folyamatosan változó forgácsolási paramétereket vonz magával.
12
Diplomatervezés
4. Megmunkálandó alkatrész ismertetése
4.1.
Modell generálása
Első lépésként az eredetileg kapott igs fájlformátumot nyitottam meg, a munkadarabot alkatrész környezetben kezelve egy tizenegy felület elemből álló héjmodellt kaptam. Azonban a megmunkálást szimuláló programokban történő munkához szilárd test (solid body) modellre van szükségünk. A test elkészítéséhez a Siemens Solid Edge ST6 (későbbiekben SE) programját használtam. Az eredeti felületelemekből álló alkatrészt a 2. ábra szemlélteti. Az ábrán a különböző színek különböző felület elemeket jelölnek, amelyeken jól látszik, hogy az elemek nem kacsolódnak egymáshoz tökéletesen, nagymértékben előfordulnak túlfedések, illetve folytonossági hibák közöttük.
2. ábra Felületelemek szemléltetése az eredeti igs modellen
13
Diplomatervezés
4.2.
Modell építés problémái, hibái
A felületmodell alapvető hibákkal rendelkezett, amelyek több okból is származhattak: -
az eredeti fájl igs formátummá történő konvertálása
-
az igs formátumból történő fordítás, újra alkotás során
-
az eredeti fájl is közelítési hibákkal rendelkezett
Jelen esetben az első vagy második eset állhatott fent, mivel a fordítás során a program hibaüzenetet generált és a 2. ábrán is látható módon az Alkatrészmásolat 9-essel jelzett felületelem felismerése és megjelenítése nem történt meg. Első lépésként a felületek egyesítése tűnt a legegyszerűbb megoldásnak, azonban a felületek nem érintkeztek megfelelően, ezt a problémát az SE Felületmodellezés moduljában próbáltam meg kijavítani, de a várt eredmény elmaradt. A főként rádiuszok találkozásánál észlelt hibák nem tűntek el, az automatikus és manuális helyreállítás során is felülethibák maradtak változó rádiusz értékekkel és pontatlan közelítő felületekkel. A végső megoldást a geometria teljes újra rajzolása jelentette.
4.3.
Vizsgált geometria létrehozása
A modell újraalkotása az SE szinkronmodellezési alkatrészkörnyezetében történt, a modell létrehozásánál fő szempont volt a minél kevesebb alaksajátosságból történő megalkotás, ezáltal minimalizálva az esetleges pontatlanságokat, referenciahibákat. Ennek érdekében az alkatrész geometriájának megismerése után az eredeti modellt szétbontottam három fő csoportra létrehozásuk módja és lehetséges sorrendje alapján: -
forgásszimmetrikus rész (kék)
-
tengelyre merőlegesen elhelyezkedő küllőszerű hengeres felület (zöld)
-
rádiuszok (sárga)
A felületcsoportokat a következő oldalon látható 3. ábra mutatja.
14
Diplomatervezés
3. ábra Csoportokra bontott geometria A modellépítés első lépéseként az alkatrészt megfelelő helyeken elmetszve meghatároztam az eredeti geometria méreteit, amely alapján egy vázlat (sketch) és egy forgáskihúzás (revolve extrude) parancs segítségével létrehoztam a munkadarab forgásszimmetrikus részét.
4. ábra Problémát jelentő rádiuszok Második lépésként egy másik vázlat (sketch) és egy kihúzás (extrude) parancs segítségével létrehoztam a küllőszerű alkatrészt, amely az 5. ábrán látható.
15
Diplomatervezés
5. ábra Küllő szerű alkattrész kihúzása Utolsó lépésként a rádiuszok méretét határoztam meg. Az eredeti felületmodellen elvégzett mérésekkel a sárgával jelölt felületeken egységes értékeket kaptam, a pirossal jelölt területeken 1,9992mm és 2,0011mm közötti értékek jelentkeztek, ennek megfelelően 2mm egységes rádiuszt vettem fel.
6. ábra Problémát jelentő rádiuszok
16
Diplomatervezés
7. ábra Lekerekítések elhelyezése a modellen Az elkészült modellen a különböző felületeket betűkkel neveztem el a későbbi könnyebb azonosíthatóság szempontjából, a következő ábra szemlélteti a felület elnevezéseket.
8. ábra Felület elnevezések a modellen -
S1, S2, S3, S4 és S5 a tengelyirányra merőleges síkfelületek K1, K2, K3 és K4 a kúpos felületek A1 és A2 a küllőszerű hengeres részek
17
Diplomatervezés
5. DMU monoblokk 40 megmunkálógép ismertetése
1.1.
Többtengelyes megmunkálógépek
Megmunkálógépek esetén gyakran használjuk a többtengelyes vagy több D-s kifejezést. Ezek a kifejezések nem arra utalnak, hogy a gép hány dimenziós megmunkálásra képes. Ilyen értelemben ugyanis geometriailag nem tudnánk értelmezni a háromnál magasabb dimenziójú gépeket. Többtengelyes szerszámgépeknél a „D” (dimension) kifejezés arra utal, hogy hány olyan részegység található a gépen, amely elemi transzformáció révén relatív elmozdulást eredményez a szerszám és a munkadarab között. [5] Alapvetően tehát elmondható, hogy minél nagyobb egy szerszámgép D száma, annál bonyolultabb felépítéssel rendelkezik. Ez a bonyolult felépítés pedig a tengelyek számának növekedésével egyre többféleképpen építhető fel. Az egyes konstrukciós változatok abban térnek el egymástól, hogy az elemi elmozdulásokért felelős részegységek hol helyezkednek el a kinematikai láncban.
1.2.
DMU 40 5 tengelyes marógép
A megmunkálógép a Miskolci Egyetem Szerszámgépek Tanszékének a műhelycsarnokában található meg. A szerszámgép vezérlése a HEIDENHAIN iTNC 530 CNC vezérlővel történik. A gép bemutatása során fizikai jellemzőit táblázatosan foglalom össze, majd a gép mozgás viszonyait, strukturális felépítését ismertetem.
9. ábra DMU 40 Monoblock 5 tengelyes marógép
18
Diplomatervezés
Paraméter megnevezése
Érték
Munkatér adatai X irányú méret
[mm]
450
Y irányú méret
[mm]
400
Z irányú méret
[mm]
480
Gyorsmeneti sebesség
[m/min]
30
Maximális előtolás
[mm/min]
30000
Körasztal adatai Átmérő
[mm]
450
Megengedhető terhelés
[kg]
250
Maximális szöggyorsulás
[°/s2]
2300
Szerszámtár adatai Csatlakozás típusa
SK40
Tárolt szerszámok száma
16
Szerszámcsere ideje [s]
10
Főorsó adatai Teljesítmény [kW]
15/10
Nyomaték
130/87
[Nm]
Maximális fordulatszám Szöghelyzet
[1/min]
[°]
12000 +30/-90
1. táblázat DMU 40 Monoblock paraméterei [10]
A gép mozgás viszonyait tekintve az elemi mozgások megoszlanak a szerszám és a munkadarab között. A szerszám végzi a forgácsoló főmozgást, az X és Y irányú lineáris mozgást, a B tengely körüli forgó mozgást. A munkadarab végzi a Z irányú transzlációs mozgást, illetve a C tengely körüli rotációs mozgást.
19
Diplomatervezés
A marógép egyes funkcióit, valamint azok kapcsolatát szemléltető funkcióstruktúra pedig a következőképpen alakul: [7]
10. ábra Marógép funkcióstruktúrája
A fenti ábra egyes négyzeteinek jelentése a következő: R1 – A szerszám forgatása a munkadarabhoz képest R2 – A szerszám forgástengelyére merőleges lineáris mozgás R3 – Tartó elemek és bázis felületek R4 – A szerszám tengelyével párhuzamos lineáris mozgás R5 – Munkadarab forgatása a körasztallal R6 – Szerszámok tárolása és cseréje R7 – Hűtőfolyadék és forgács elszigetelése a környezettől R8 – Forgács összegyűjtése és eltávolítása R9 – Hűtő- kenőfolyadék biztosítása forgácsolás közben
20
[7]
Diplomatervezés
6. Megmunkálás a Mastercam X5 programban
6.1. Mastercam Program ismertetése A Mastercam nevű programot a CNC Software Inc. vállalat fejleszti, amely 1983 óta foglalkozik CAD/CAM alkalmazásokkal. A Mastercam először, mint kétdimenziós CAM rendszer jelent meg, kiegészítve kezdetleges CAD tervező eszközökkel. Napjainkig a Mastercam az egyik legfejlettebb ilyen jellegű szoftverré vált és bonyolult 5D-s megmunkálások szimulálásához és poszt-processzálásához is alkalmas. A program 5 db főbb modulra, illetve több úgynevezett beépülő kiegészítő modulra bontható. [9]
Mastercam Lathe Az esztergán történő megmunkálásokhoz készült, ahol előre megalkotott modell geometriákon különféle esztergálási műveleteket képes megvalósítani. A Modul néhány sajátossága: -
Nagyolás, simítás, menetvágás, köszörülés, fúrás, leszúrás
-
Szerkeszthető szerszám‐, anyag‐, és megmunkáláskönyvtárak
-
Automatikus szerszámkompenzáció
-
Testmodell‐alapú megmunkáláspálya ellenőrzés
Mastercam Design Olyan rajzelemeket tartalmazó modul, amely minden szükséges elemet tartalmaz a bonyolult geometriájú modellek megalkotásához. A modul legelőnyösebb tulajdonsága, hogy beépül az összes többi főmodulba (Mill, Lathe, Router és Wire), ezáltal a modelleken megmunkálás közben is könnyen létrehozhatunk módosításokat, vázlatokat és egyéb segéd geometriákat.
Mastercam Wire Huzalos szikraforgácsolást tervező modul, a Design funkciókra épül, az alábbi kiegészítő funkciókkal: -
2‐tengelyes és 4‐tengelyes megmunkáláspálya készítés, fejlett huzal‐döntési eljárásokkal
21
Diplomatervezés
-
Fejlett szinkronizálási lehetőségek
-
Automatikus sarok‐letörés és hántolás
-
Hatékony tartóhíd készítés és kezelés
-
Huzalvezetés‐szűrés, amely jelentősen csökkenti a programok méretét
Mastercam Router Kimondottan faipari megmunkálásokhoz készült, három kisebb részegységre bontható a Mastercam Router, a Mastercam Router Plus és a Mastercam Router Pro, amelyek egyre részletesebb paraméter beállításokat tesznek lehetővé.
Mastercam Mill Az általam is használt marógépeken történő megmunkálások készítésére alkalmas modul. Szintén 3 része van Level 1-3, amelyek a Router modulhoz hasonlóan egyre bonyolultabb műveletek és felületek létrehozására alkalmasak.
A modul az alábbi főbb jellemzőkkel rendelkezik: -
Rugalmas kontúr‐ és zsebmarás, fúrás
-
Nagy hatékonyságú dinamikus marás
-
Folyamatos előgyártmány ‐ modellezés
-
Testmodell alapú megmunkálás‐szimuláció
-
Szerszámpálya vetítése bonyolult felületekre
-
Az Optirough nagyolás ‐ optimalizáló rendkívül lecsökkenti a nagyolási időt
-
Maradékanyag eltávolítás
-
Megmunkálás szimuláció
6.2.
Megmunkálási környezet kialakítása
Első lépésként a modell beolvasása volt a feladat, amit a későbbi tapasztalatok alapján többször meg kellett ismételni. A program több alternatívát kínál bementi fájlformátumként, itt alapvetően megkülönböztetünk kétféle típust, a program specifikus és az általános fájl konverziós formátumokat.
22
Diplomatervezés
Program specifikus formátumok, programok szerint: -
Autodesk inventor (*.IPT ,*.IAM) Solid Edge (*.PAR ,*.ASM) Catia (*.CATPART, *.EXP) ProE (*.PRT, *.ASM) Autocad (*.DWG, *.DXF)
Általános fájl konverziós formátumok: -
IGES, IGS STEP, STP parasolid (*.X_T *.X_B *.XMT)
A legjobb megoldást a parasolid-ból történő megoldás jelentette, a közvetlen *.igs, illetve *.par formátumból történő futtatás esetén a test élei inaktívan jelennek meg a munkakörnyezetben, ezáltal a szerszámpályák generálásánál komoly gondot jelenthetnek. A modell beolvasása után a megmunkálás módját kell kiválasztanunk és egy már meglévő vagy egy általunk beállított megmunkáló gép tulajdonságait betöltenünk. Következő lépésben az előgyártmány (stock) pozícióját és méretét kell pontosan meghatároznunk, a betöltött modellt célszerű origóba (0,0) helyezni, ezáltal az előgyártmány pozíciójának meghatározása könnyebbé válik. Hengeres munkadarab esetén a program képes felismerni a forgástengelyt, ezáltal könnyítve a pozícionálást. Esetünkben a választott méret egy D=150mm átmérőjű és H=85mm magasságú henger.
6.3.
Megmunkálás folyamata
A program előre definiált műveleteket ajánl a felhasználónak, amelyek közül lehet választani. [6]
A megmunkálás sorrendje: -
hengeres kontúr felület kialakítása (nagyolás, finishelés)
-
felső felület, sík lemunkálása
-
alakos felület nagyolása
-
alakos felület finiselése több lépésben
23
Diplomatervezés
6.3.1. Hengeres felület kialakítása
Ezen felület kialakításához egy kontúr (Contour) műveletet alkalmaztam. A lépés paraméterei az 2. táblázatban találhatóak, a spirális szerszámpályát pedig a 11. ábrán világoskék színnel láthatjuk.
11. ábra A marószerszám pályája
Alkalmazott szerszám
M20.00 ENDMILL1 FLAT - 20. FLAT ENDMILL
Megmunkálási idő
15 MINUTES, 48 SECONDS
Fordulatszám
1909 RPM
Előtolás sebessége
763.6 mm/min 2. táblázat A Contour parancs paraméterei
24
Diplomatervezés
6.3.2. Felső felület, sík lemunkálása S5 A megmunkálás ezen részénél a Face (síkmarás) parancsot használtam, a megmunkálás egy viszonylag nagyobb átmérőjű szerszámmal, kevés fogásból történik. A szerszámpálya megadásához egy segédgörbét kellett létrehozni, amelyet a 12. ábra szemléltet.
Alkalmazott szerszám
M50.00 FACE MILL - 50 FACE MILL
Megmunkálási idő
4 MINUTES, 16 SECONDS
Fordulatszám
763 RPM
Előtolás sebessége
305.2mm/min 3. táblázat Face parancs paraméterei
12. ábra Szerszámpálya és a létrehozott segédgörbe
6.3.3. Alakos felület nagyolása Ezt a lépést két féle parancs segítségével is végrehajtottam, az egyik a Surface Rough Radial (radiális felületmarás) a másik a Pocket Rough (zsebmarás). Surface Rough Radial esetén a program több tetszőlegesen állítható opciót ajánl fel, amelyek beállításai a munkaidőt és a kapott felület minőségét jelentősen befolyásolhatják. 25
Diplomatervezés
Starting point - kezdőpont esetén az outside/inside esetek közül választhatunk, esetünkben az inside opció bizonyult célszerűnek, mivel a forgástengelyt adtam meg radiális pontnak és a testen elhelyezkedő kidomborodó felület a forgástengelyhez van közelebb, nem pedig a külső kontúrhoz.
Szögállítási lehetőségek – a parancs legfontosabb eleme a Max.angle increment (maximális szöglépés érték), amely meghatározza, hogy milyen lépésközökkel bontja fel a program a beállított szögintervallumot.
Megmunkált szögtartomány – a program a test x tengelyének pozitív ágára eső pontját veszi alapvetően 0 foknak, ehhez képest viszonyítva Start angle (kezdő szög) értékkel befolyásolhatjuk a kezdő pontot és a Sweep angle (bejárt szögtartomány) értékkel állíthatjuk a bejárni kívánt szögtartományt. Alkalmazott szerszám
M20.00 FACE MILL - 20 FLAT ENDMILL
Megmunkálási idő
2 HOURS, 3 MINUTES, 43 SECONDS
Fordulatszám
1909 RPM
Előtolás sebessége
763.6 mm/min
Szöglépés
2°
Kezdő szög
0°
Szögtartomány
360°
4. táblázat Surface rough Radial parancs paraméterei, 20mm maró esetén
13. ábra Felület a D=20mm maró esetén 26
Diplomatervezés
Az alábbi szögfeltételek mellett, de kisebb átmérőjű szerszámmal futtatva a szimulációt következő táblázatban található eredményeket kapjuk..
Alkalmazott szerszám
M12.00 FACE MILL - 12 FLAT ENDMILL
Megmunkálási idő
3 HOURS, 21 MINUTES, 45 SECONDS
Fordulatszám
1909 RPM
Előtolás sebessége
763.6 mm/min
Szöglépés
2°
Kezdő szög
0°
Szögtartomány
360°
5. táblázat Surface Rough Radial parancs beállításai, 12mm maró esetén
14. ábra Felület a D=12mm maró esetén Surface Rough Pocket – zsebmarás esetén is több paraméter változtatásával tudunk jelentős megmunkálási időt nyerni. A legfontosabb a szerszámpálya generálásának módszere, amelyre az alábbi módszerek használhatók: -
Zigzag / Constant Overlap Spiral
-
Parallel Spiral / Parallel Spiral Clean Corners
-
High Speed
-
True Spiral / Morph spiral
-
One Way
27
Diplomatervezés
Alkalmazott szerszám
M6.00 ENDMILL1 FLAT - 6. FLAT ENDMILL
Megmunkálási idő
46 MINUTES, 16 SECONDS
Fordulatszám
1909 RPM
Előtolás sebessége
763.6 mm/min
6. táblázat Surface rough pocket parancs paraméterei
15. ábra Felület a zsebmarás esetén A lefuttatott szimulációk alapján a zsebmarással kialakított felületet ítéltem a legjobbnak, mivel a gépidő ebben az esetben több mint 70%-al kevesebb, mint a radiális marás esetén számított legkedvezőbb megmunkálási idő. A későbbi simításokra történő szimulációt ezen a modellen futattam le.
6.3.4. Alakos felület finiselése több lépésben A felület simítása következett, ehhez a lépéshez a Surface finish radial parancsot választottam. A test felületein található legkisebb rádiusz 2mm sugarú, amely részben meghatározza a szerszám geometriáját is. A radiális simítást több lehetséges lépésközzel is lefuttattam, a megoldásváltozatokat részletesen ismertetem.
28
Diplomatervezés
Alkalmazott szerszám
M5.00 END MILL2BULL
Megmunkálási idő
6 HOURS, 14 MINUTES, 20 SECONDS
Fordulatszám
1909 RPM
Előtolás sebessége
190.9 mm/min
Szöglépés
0,5°
Kezdő szög
0°
Szögtartomány
360°
7. táblázat Surface finish radial parancs paraméterei
16. ábra Felület 0.5°-os lépésközzel
Alkalmazott szerszám
M5.00 END MILL2BULL
Megmunkálási idő
3 HOURS, 7 MINUTES, 49 SECONDS
Fordulatszám
1909 RPM
Előtolás sebessége
190.9 mm/min
Szöglépés
1°
Kezdő szög
0°
Szögtartomány
360°
8. táblázat Surface finish radial parancs paraméterei 1° esetén
29
Diplomatervezés
17. ábra Felület 1°-os lépésközzel
Alkalmazott szerszám
M5.00 END MILL2BULL
Megmunkálási idő
1 HOURS, 34 MINUTES, 34 SECONDS
Fordulatszám
1909 RPM
Előtolás sebessége
190.9 mm/min
Szöglépés
1°
Kezdő szög
0°
Szögtartomány
360°
9. táblázat Surface finish radial parancs paraméterei 2° esetén
18. ábra Felület 2°-os lépésközzel 30
Diplomatervezés
Az első két megoldásváltozat még megfelelő felületet eredményezett, azonban a gépidők elég magasak, a megmunkálási idő csökkentése érdekében egy kombinált radiális marás szimulációt is lefuttattam. A cél a problémás és a viszonylag egyszerűnek mondható felületrészek külön parancsra bontása. A teljes körnek megfelelő 360 fokot négy részre bontottam két darab 70°-os és két darab 110°-os szögtartományra. A két kisebb területrészen helyezkednek el a kifelé domborodó henger alakzatok, amelyek finom szögosztást és kisméretű szerszámot igényelnek. A két nagyobbik felületen pedig a lehető legnagyobb átmérőjű szerszámot alkalmazom az idő csökkentésének érdekében. A szögtartományok kijelölésénél célszerű valamely értéket úgy állítani, hogy a tartományok szélei átfedésbe kerüljenek, a minél kisebb gépidőre törekvés miatt a nagyobb átmérőjű szerszám tartományát növeltem 5°-5°-kal minkét irányba. A használandó szerszámok: Alkalmazott szerszám
Eredeti szögtartomány
Növelt szögtartomány
M5.00 END MILL 2BULL
55°-125°
-
235°-305°
-
125°-235°
120°-240°
305°-55°
300°-60°
M12.00 END MILL 2BULL
10. táblázat Tervezett felosztás
A megvalósításnál négy tartományt kell alkalmazni, a tartományok megadásánál nem szabad ugyanazt a szögértéket megadni határszögnek, mert egyes esetekben számítási hibákat eredményez és a nem generálja megfelelően a program a szerszámpályákat. Továbbá, ha a generálás meg is történik vonalszerű felülethibát kapunk.
31
Diplomatervezés
19. ábra 70°-os szögtartományok szerszámpályája
20. ábra 120°-os szögtartományok szerszámpályája
A megmunkálás ily módon történő szétbontása nagymértékű gépidő csökkenéshez vezetett a megfelelőnek ítélt előző szimulációkhoz képest. A szimulációk értékeit a következő táblázat foglalja össze, ez alapján a szögtartományokra bontott radiális marás mellett döntöttem.
32
Diplomatervezés
Típus
Gépidő/művelet
Gépidő (simítás)
0,5°-os lépés, teljes kör
6h, 14min, 20sec
1°-os lépés, teljes kör
3h, 7min, 49sec
2°-os lépés, teljes kör
1h, 34min, 34sec
55°-125°
36min 5sec
120°-240°
34min 7sec
235°-305°
36min 5sec
300°-60°
34min 7sec
1°-os lépés
2h, 20min, 24sec
11. táblázat Alakos felület simításának gépideje
21. ábra Simítás utáni kész munkadarab A Mastercamben végzett szimulációk alapján kijelenthető, hogy a felületi minőség javulásával arányosan növekednek a gépidők is; a különféle szerszámpályák alkalmazásával, azonban csökkenthető a megmunkálási idő.
33
Diplomatervezés
7. Megmunkálás a Topsolid programban
A Topsolid programra való áttérés legfontosabb oka, hogy a tanszéken rendelkezésre állt posztprocesszor a szoftverhez. Ez lehetővé teszi a szimulációk tényleges lefuttatását a megmunkáló gépeken, így nem csak virtuálisan vizsgálhatjuk az alkatrészt, hanem a legyártott munkadarabot
is
különféle
méréstechnikai
módszerekkel
megvizsgálhatjuk
és
összehasonlíthatjuk az eredményeket.
7.1.
Topsolid program bemutatása
A Topsolid szoftver szintén egy korszerű CAD/CAM program, amely segítségével a modell megalkotásától a gyártás végéig nyomon követhetjük az alkatrészeket. A program foglalkozik a modellezés és a szimuláció területeivel (geometriák, összeállítások, szerkezeti számítások, dinamikai számítások). [11] A Topsolid program is modulokra bontható, amelyek négy alapvető gépészeti területet szolgálnak ki: a gépgyártást, a termékfejlesztést, a szerszámgyártást és a megmunkálást. Ezen moduljainak rövid ismertetése következik:
TopSolid'Design A Mastercam design moduljához hasonlóan egy teljesen fejlett CAD környezet fogadja a felhasználót, a megalkotott modellek itt is teljesen kompatibilisek a többi modullal. Pozitívumként említendő a kezelő felület felhasználóbarát kialakítása. A modellezés során létrehozhatóak a legösszetettebb felület és szilárd testmodellek is; továbbá a modul nem csak alkatrészek, hanem komplett összeállítások kezelésére is alkalmas. A program szintén támogat minden adatátviteli fájlt, felismeri az IGES, DXF, DWG, STEP, STL, Parasolid fájlkonverziós formátumokat, illetve a Catia, UG, PTC, SolidWorks, Solid Edge és az Inventor kiterjesztéseit, mondhatni minden nagy CAD/CAM program fő átviteli fájljait.
34
Diplomatervezés
TopSolid'Cam A legelsőként említendő a megmunkálógép modell alapú megmunkálás, realisztikus szimulációk létrehozását teszi lehetővé, a valós környezetben láthatjuk a munkadarabot és a szerszámokat, lehetővé teszi az esetleges ütközések láttatását, elkerülését. Megmunkálás során minden művelet után frissíti az alapanyagot. Főbb előnyei a modulnak: -
Teljes szerszám adatbázis kezelés Munkalapok és megmunkálási tervek létrehozása Megmunkálás topológia alapján síkok, furatok, stb. automatikus felismerése Megmunkálási könyvtár Integrált marás és esztergálás Integrált szerszámkönyvtár és készülékkönyvtár Topológia felismerése
A további modulok ismertetése csak felsorolásszerűen látható, hiszen a program ezen részeit nem használtam a munkám során: Topsolid Mold - kompakt fröccsöntő szerszám tervező Topsolid Wire - huzal szikraforgácsolás tervező Topsolid Progress - lemezmegmunkálás tervező Topsolid Electrode - tömbi szikraforgácsolás tervező Topsolid Wood - faipari megmunkálás tervező Ezen fő megmunkáló modulokon kívül még meg kell említeni a Control, Draft, illetve Sheetmetal részeit a programnak, amelyekkel a méréseket, a 2D-s rajzokat, illetve a lemezalkatrészeket tudjuk elkészíteni.
7.2.
Megmunkálás előkészítése
A marógépen történő megmunkálás szimulációt a Topsolid program Cam moduljában végeztem el. A szimulációban található szerszámbefogók és szerszámok kereskedelmi
35
Diplomatervezés
forgalomban kapható, katalógus adatoknak megfelelő geometriájú modellek és rendelkezésre állnak a munkadarab tényleges legyártásához.
Modell elhelyezése a munkakörnyezetben Első lépésként a modell beolvasása volt a feladat a Design modul keretei közt, ami a Mastercam programmal szemben sokkal egyszerűbbnek bizonyult, a beolvasás során a fájlformátumot tetszőlegesen választhatjuk meg. A geometriát és felületeket tökéletesen felismeri a program.
22. ábra Munkadarab a Topsolid Design környezetében
A modell beolvasása után a megmunkálási környezetet kell létrehoznunk. A program nagy előnye, hogy nem csak a szerszámot és a munkadarabot jeleníti meg, hanem a komplett megmunkálógépet, amely fizikai tulajdonságokon kívül a gép kinematikai sajátosságait is tartalmazza.
36
Diplomatervezés
23. ábra DMU 40 monoblock a Topsolid program munkaterében A munkadarab körasztalon történő rögzítésére pedig a 24. ábrán látható hárompofás tokmány szolgált. A készülék a körasztal középpontjában került elhelyezésre.
24. ábra Pozícionált felfogó készülék Következő lépésként a munkadarabunk körül létre kell hoznunk egy nyersdarabot, amit a készülékbe történő behelyezéskor tudunk lekényszerezni. Előgyártmány anyagként egy D=143,5 mm átmérőjű 85mm magasságú AlMgSi alumínium tárcsát használtam fel, a tárcsa körasztal felé eső részén egy 10mm hosszú D=125mm-es váll lett kialakítva, erre a rendelkezésre álló hárompofás tokmány miatt volt szükség, ugyanis a maximális befogható átmérő 130mm volt. Az előgyártmány anyag előkészítése egyetemes esztergagép segítségével történt. A megmunkálás elkezdése előtt az utolsó lépés magának a munkadarabnak a
37
Diplomatervezés
kiválasztása, amelyet a Design környezetből hozunk át, ezáltal a program felismeri a célgeometriát, hogy mit kell létrehoznia a már meghatározott előgyártmányból.
25. ábra A munkadarab és az előgyártmány modell A következő ábrán a megmunkálásra teljesen előkészített munkatér látható, amely minden szükséges modellt és kényszert tartalmaz a műveletek elkezdéséhez.
26. ábra Az elkészült munkatér
38
Diplomatervezés
7.3.
Szerszámok kiválasztása
A megmunkáláshoz ki kell választanunk a szerszámokat, amelyet a beépített szerszámtárból tehetünk meg a TopTool modulon belül. A szerszámtárban könnyen kereshetünk akár több ezer szerszám közt is, azonban megvan a lehetőség saját szerszámok létrehozására is, amennyiben a számunkra szükségesek nem állnak rendelkezésre. Kiválasztás és definiálás során nem csak a szerszámot, hanem a befogót is be kell állítanunk, nehogy ütközéseket, szerszámtörést okozzon a rosszul szimulált befogó készülék.
27. ábra Beépített TopTool modul kezelőfelülete
A szerszámok létrehozása során egy rugalmasan kezelhető környezetben állíthatjuk a szerszámok jellemzőit (átmérő, forgácsolási hossz, teljes hossz, programozási pont). A befogókészülékeket hasonló módon hozhatjuk létre, a kész összeállított szerszámokat menti a program és a megmunkálás folyamán bármikor előhívhatjuk azokat.
A szerszámok kiválasztásánál és beállításánál a tanszéken rendelkezésre álló szerszámokat vettem alapul a munkadarab legyártásnak érdekében. A következő táblázat az alkalmazott szerszámokat mutatja be.
Sorszám 1 2 3 4 5
Szerszám Walter tárcsamaró D=40 L=16.5 Ujjmaró D=12mm L=30mm Ujjmaró D=6mm L=30 Ujjmaró D=5mm L=30 Gömbmaró D=4mm R=2mm L=13mm
12. táblázat Alkalmazott szerszámok
39
Diplomatervezés
7.4.
Megmunkálás folyamata
A megmunkálást több lépésben végeztem el egyre csökkenő átmérőjű szerszámokkal, ezáltal az utónagyolások és simítások során minimális anyagmennyiséget kell eltávolítani. Az ismertetés folyamán csak a legfőbb paramétereket tüntetem fel, a részletes műveleti adatlapokat a melléklet tartalmazza (58. ábra - 72.ábra). Elsőként az S1 és S2 síkfelületek közötti rész nagyolásával kezdtem, az alkalmazott szerszám egy D=40 mm átmérőjű és L=16.5 mm dolgozó éllel rendelkező Walter maró volt. A szerszámpályaként spirális pályát, marási iránynak pedig egyenirányú marást állítottam be.
28. ábra Spirális nagyolás szerszámpályája A forgácsolás összesen 8db fogásból zajlott, 1,8mm-es fogásmélységgel, ráhagyásként pedig 0,5 mm került beállításra. Következő lépésben egy D=12mm étmérőjű és L=30mm hosszúságú ujjmaró segítségével végzem el az utónagyolást S2 és S3 síkok között zsebmarás segítségével. Szintén spirális szerszámpályát, ráhagyásként 0,3 mm-t alkalmaztam.
40
Diplomatervezés
29. ábra Utónagyolás szerszámpályája A megmunkálási idő csökkentésére törekedve és a felesleges szerszámcserék érdekében az olyan felületek simítását, amelyhez alkalmas a D=12mm-es ujjmaró, elvégeztem. Ilyen felületek az S1, S2 és az S3 felületek voltak.
30. ábra S1, S2 és S3 felület simításának szerszámpályája A munkadarabon még mindig nagymértékű ráhagyások találhatók a S4- S5, A1- A2, K1 és a K2 felületek mellett. A további utónagyolást egy D=6mm és L=30mm dolgozó élű ujjmaróval végeztem el. Ráhagyásként 0,1 mm-t beállítva, ezzel előkészítve a felületeket a későbbi simításhoz.
41
Diplomatervezés
31. ábra Utónagyolás D=6mm-es ujjmaróval Az utónagyolást a simítási műveletek követték, amelyet két szerszámmal készítettem el, az egyik egy D=5mm-es ujjmaró volt, amellyel az S4 és S5 felületek simítása történt, ezt a 32. ábra szemlélteti. A másik egy D=4mm-es gömbmaró, amellyel a K1- K2- K3 kúpos, A1- A2 alakos és a munkadarabon található rádiuszos felületek simítása történt.
32. ábra Simítás D=5mm-es ujjmaróval
A gömbmaróval történő simítás összesen hét különböző lépésben történt, amelyek egymást követik a programban, ezen lépéseket külön ábrákra bontottam (33-37. ábra) a jobb láthatóság érdekében, a részletes beállítási paramétereket és műveleti lapokat a melléklet tartalmazza. Ezek sorban mutatják be a különböző lépéseket, simítási érdességnek 0,0018 mm lett beállítva minden esetben. A 33. és 34. ábrán Z szint alapján történő marás beállítással, zsebenként történt
42
Diplomatervezés
a simítás; a program a szinteket automatikusan határozza meg a beállított maximális ráhagyás alapján. A 35. és 36. ábrán automatikus pásztázás alapján történt a megmunkálás, végül a 37. ábrán egy 3D görbe alapján történő kontúr simítás látható.
33. ábra
34. ábra
35. ábra
36. ábra
37. ábra A program műveletenként felajánlja a forgácsolási paraméterek állításának lehetőségét. A különböző szimulációk során ez egyes szerszámoknál beállított forgácsolási paramétereket a következő táblázat foglalja össze; az irányadó értékeket a szerszámkatalógusok, illetve tapasztalati tényezők alapján határoztam meg.
43
Diplomatervezés
Walter D=40 L=16.5
351,858 m/perc
Orsó fordulat Fogankénti Szerszám előtolás előtolás 2800 ford/perc 0,107 mm 1200 mm
D=12mm L=30mm
131,947 m/perc
3500 ford/perc 0,071 mm
1000 mm
D=6mm L=30
150,796 m/perc
4000 ford/perc 0,063 mm
1000 mm
D=5mm L=30
94,248 m/perc
6000 ford/perc 0,056 mm
1000 mm
113,097 m/perc
9000 ford/perc 0,056 mm
1000 mm
Szerszám
Forgácsolási sebesség
D=4mm R=2mm L=13mm
13. táblázat Alkalmazott szerszámok és forgácsolási paraméterek
7.5.
Várható eredmények kiértékelése
Az eredmények kiértékelésénél a kapott felületi minőség volt az elsődleges meghatározó tényező. A kiértékelést a program Ellenőrzés/Összehasonlítás menüpontjának segítségével végeztem el. A következő ábrákon látható a munkadarab az egyes műveletek után, az ábrákon a különböző színek más-más pontossági osztályt jelölnek. Az aktuális pontossági osztályok léptéke a 38. ábrán látható. A 39. ábrán a D=40mm-es maróval történő nagyolás található, a 40. ábrán a D=12mm-es maróval történő utónagyolás, a 41. ábrán szintén a D=12mm-es maróval végzett simítás látható, itt már megfigyelhetjük, hogy az S1, S2 és S5 felületeken már nincsenek ráhagyások. A 42. ábra a D=6mm-es maróval végzett utónagyolást szemlélteti, ahol már jól láthatóan kis ráhagyások vannak a kúpos és a belső S4, S5 síkfelületeken. A 43. ábra ez utóbbi két felület simítását mutatja egy D=5mm-es maróval.
38. ábra A nagyolásnál alkalmazott színmegjelenítéshez tartozó értékek
44
Diplomatervezés
39. ábra
40. ábra
41. ábra
42. ábra
43. ábra Az utolsó lépésben történő simítás szemléltetéséhez nagyobb felbontású színskálát kell alkalmazni, hiszen a megmunkálás alatt beállított ráhagyás értékek minden esetben kisebbek, mint 0,1 mm. Az új felbontás 0,01 mm-enként jeleníti meg a modellt, ezáltal pontos képet kaphatunk a felületről. A 44. ábrán jól látható, hogy minimális ráhagyások maradtak a munkadarabon, amelyek 20 és 30 mikron közötti értékek. A felület nagy része, amely zöld színnel jelenik meg +/- 10 mikronos tűrésmezőn belül helyezkedik el. Továbbá megfigyelhető két kis mértékű alámarás is az egyik a K1, a másik pedig a K4 kúpos felületen. A szimuláció
45
Diplomatervezés
részletes vizsgálata alapján a két alámarást a simítási műveleteknél a szerszámpálya végén történő Z irányú szerszám kiemelés okozta, a szimulációk többszöri módosítása sem jelentett megoldást erre a problémára.
44. ábra A simításnál alkalmazott színmegjelenítés értékei
45. ábra Simítás utáni felület 6.6. Munkadarab legyártása A szoftveres munkát követően a program posztprocesszálására került sor, amit a DMU 40 monoblock gépen történő legyártás követett. A programot a megmunkáló gépre feltöltve lefuttattam egy teljes program és ütközés szimulációt, amely semmilyen hibát nem jelzett. Az első munkarab elkészítése alatt a D=12mm-es szerszámmal történő nagyolásnál nem várt hiba jelentkezett, a marószár az első zsebmarás befejeztével Z irányba kiemelte magát (tervszerűen), azonban a következő munkapontra történő ráállás közben nem várt módon, az alkatrész közepén található S5 és K2 felületbe ütközött, a megmunkálást vészleállítással abba kellett hagyni. A hibás munkadarabot a 46. ábrán láthatjuk.
46
Diplomatervezés
46. ábra Elsőként készült munkadarab
A hiba keresését nehezítette, hogy mind a szoftverben, mind a megmunkálógépen történt szimulációk nem jelezték a problémát. A marószár munkapontra történő ráállásában volt a hiba, a program egy rámpás bemenetelt ajánl fel alapértelmezett beállításként, ezt Z iránnyal párhuzamos pontfelvétellé kellett átállítani. A program javítása után a második munkadarab legyártása esetén hasonló hiba jelentkezett, azonban itt a D=6mm átmérőjű ujjmaró ütközött szinte ugyanabba a felületbe az utónagyolás során. Mivel a munkadarabon kisméretű hibát okozott és szerszámtörés sem keletkezett, ezért a műveletet nem állítottuk meg, ezáltal a simítási műveletek is lefutottak. A 47. ábrán jól látható az ujjmaró által okozott kráter a K2 felületben, a hibát egy az előzőhöz hasonló szerszámpálya hiba okozta, amely javítása után újabb és egyben utolsó futtatása történt a programnak. A harmadik munkadarab gyártása során semmilyen előre nem látott hiba nem történt. A program végig lefutott, az elkészült munkadarab megfelelőnek tűnt, a 48. ábra szemlélteti.
47
Diplomatervezés
47. ábra Másodikként készült munkadarab
48. ábra Harmadikként készült munkadarab
48
Diplomatervezés
8. Munkadarab ellenőrzése
A következőkben azon eszközöket és eljárásokat fogom ismertetni, amelyeket az elkészült munkadarabok vizsgálatához használtam fel. A mérés lefolytatható érintkezéses és érintkezés nélküli módszerekkel. Az előbbinél a mérőeszköz mérőfelülete a munkadarabbal közvetlenül érintkezik, az utóbbinál nem. Az egyes mérőgépek és mérőberendezések befolyásolják, hogy milyen méreteket tudunk velük felvenni. Hagyományos eszközökkel, mint a tolómérő vagy a mikrométer, leginkább távolsági méreteket tudunk meghatározni (távolságok, átmérők). Esetünkben - ahol az S jelű felületeken kívül, csak kúpos, illetve rádiuszos felületek vannak ezen mérőeszközök használata nem elégséges ahhoz, hogy pontos képet tudjunk nyújtani a munkadarab méreteiről. A mérések során az utolsóként elkészült munkadarabot használtam fel.
8.1.
Méréshibák
A mérések során hibák léphetnek fel, ezeknek több fajtája van, amelyeket az alábbiakban ismertetek. Méréshibáról akkor beszélünk, ha a meghatározandó értékre a mérés során kapott eredmény és az ideális érték között eltérés van. Megkülönböztetjük őket eredetük és jellegük alapján.
Eredetük alapján történő osztályozás:
[15]
Műszerhiba - Ha egy fizikai mennyiség ismert értékét egy műszerrel megmérjük, akkor ez az érték általában különbözik az ismert értéktől. A mérőműszer hibája a két érték különbsége. Mérési módszer hibája - A mérési eredmény megállapításához szükséges fizikai mennyiségek érzékelését és a kapcsolódó számítási eljárásokat terhelő azon hibák összessége, amelyek a választott mérési módszerből következnek. A mérendő mennyiség okozta hibák - Azok a hibák, amelyeknek oka az, hogy a mérendő mennyiség vagy az azt hordozó tárgy geometriai vagy egyéb jellemzői nem elég határozottak. Személyi hibák - A mérést végző személy fizikai és szellemi képességei, pillanatnyi figyelmetlensége vagy fáradtsága következtében keletkező különböző hibák.
49
Diplomatervezés
Környezeti hibák - A mérés környezetének a mérési eredményt befolyásoló egyes jellemzői által okozott hibák (pl. környezeti hőmérséklet, légnedvesség, légnyomás, elektromos és mágneses tér stb.)
Jellegük alapján történő osztályozás:
[15]
Rendszeres hibák - A mért értéket terhelő hibák egy részének nagysága és előjele a mérés folyamán állandó és meghatározható. Ezeket rendszeres hibáknak nevezzük. Korrekció - A rendszeres hiba ellenkező előjellel vett értéke. Véletlen hibák - A mért értéket terhelő hibák másik részének csak nagysága állapítható meg. Ezek a hibák pozitív vagy negatív előjelűek lehetnek, és előjelük nem állapítható meg. Durva hibák - Erős környezeti hatás vagy személyi tévedés következtében fellépő hiba, amely a mért értéket nagymértékben megváltoztatja.
A hibák típustól függően más és más módon lehet őket megelőzni, a hibák megelőzésére törekedni kell a pontosabb, megbízhatóbb eredmények érdekében, az általam végzett mérések során igyekeztem minimalizálni mind a gépbeállításokból, mind pedig a mérést végző személyéből adódó hibákat. A következő két alfejezetben ismertetem az általam használt mérőeszközöket és az azokon végzett mérések eredményeit. Használt eszközök -
Háromkoordinátás mérőgép 3D szkenner
8.2. Mérés, koordináta mérőgéppel A koordináta mérőgépek egy tapintót használnak a munkadarab megméréséhez. A készülék koordinátarendszerében a munkadarab minden pontja egyértelműen meghatározott. A koordináta mérőgép összeköti a mérési pontokat és létrehoz egy jellemzőt, amelyet a munkadarab többi jellemzőjéhez lehet viszonyítani. A következőkben a mérőgépekkel kapcsolatos főbb fogalmakat ismertetem.
50
Diplomatervezés
Mérőgép és munkadarab koordinátarendszer
[16]
A méréstechnikában kétféle koordinátarendszer létezik. Az első a mérőkészülék koordinátarendszere. Itt X, Y és Z tengely a készülék mozgásaira vonatkozik, a második koordinátarendszert nevezzük a munkadarab koordinátarendszerének, amelynél a három tengely a munkadarab nullpontjaira vagy jellemzőire vonatkozik. A koordináta mérőgép szoftvere matematikai kapcsolatba hozza a két rendszert.
Nullpont
[16]
A méréstechnikában egy nullpont vagy vonatkoztatási pont egy munkadarabon lévő jellemző. Ilyen jellemzők lehetnek az alábbiak: -
kör
-
felület
-
egyenes
-
pont
Egy munkadarabot azért mérünk meg, hogy ezen jellemzők egymástól való távolságát meghatározzuk vagy ellenőrizni tudjuk.
Mért és szerkesztett jellemzők
[16]
A munkadarabok többsége egyszerű mértani elemekből áll, amelyek a megmunkálás vagy alakítás során keletkeztek. Ezeket a primer elemeket (pontok, vonalak, körök, síkok, hengerek, kúpok, gömbök) nevezzük jellemzőknek. Ha ezeket a jellemzőket a munkadarab felületének közvetlen letapogatása útján meg tudja mérni, akkor ezeket mért jellemzőknek hívjuk. Más jellemzők, pl. a távolságok, szimmetria vonalak, metszéspontok, szögek és vetületek nem mérhetők közvetlenül, hanem a mért jellemzők alapján számítással kell meghatározni azokat. Ezeket a jellemzőket nevezzük szerkesztett jellemzőknek.
Tapintócsúcs kompenzálása
[16]
A koordináta-mérőgépek úgy határoznak meg adatokat, hogy a munkadarabot egy tapintóval megérintik. Mivel a munkadarab a tapintó csúcsának kerületével érintkezik, a mérés előtt meg kell ismerni a tapintó középpontját és sugarát. Ez egy pontos gömb, az úgynevezett kalibráló gömb megmérésével történik.
51
Diplomatervezés
Volumetrikus kiegyenlítés
[16]
Még ha a korszerű gyártástechnológia segítségével igen szűk tűrésű munkadarabokat is lehet nagyon pontosan előállítani, mégis léteznek tökéletlenségek. Bármilyen csekélyek is lehetnek ezek, maga az a tény, hogy léteznek tűrések azt jelenti, hogy hibák is keletkezhetnek. A koordináta gépeknél is jelentkeznek hibák, ugyan igen szűken meghatározott tűréshatárok vonatkoznak rájuk, mégis vannak szerkezeti hibáik (rezgések, kihajlások, egyenességi, merőlegességi hibák), amelyek befolyásolják a pontosságot. A koordináta mérőgépek legtöbb eltérését automatikusan képes korrigálni a gép vezérlése. Miután meghatározásra került a mérőgép minden geometriai hibája, azokat a mérőgép szoftverjébe beépített nagyteljesítményű algoritmusok segítségével minimalizálhatjuk. Ezt a technikát nevezzük volumetrikus kiegyenlítésnek.
A munkadarab ellenőrzését két mérőgép segítségével is elvégeztem, elsőként egy TESA MICRO-HITE 3D háromkoordinátás mérőgépen, másodiként a tanszéken található Sheffield MICRO-HITE 3D háromkoordinátás mérőgépen.
8.2.1.
TESA MICRO-HITE 3D háromkoordinátás mérőgépen végzett mérések eredményei
A következő ábrán a mérőgép látható, majd a fizikai paramétereit összefoglaló táblázat.
49. ábra TESA Micro-Hite mérőgép
52
Diplomatervezés
TESA MICRO-HITE 3D háromkoordinátás mérőgép Természetes kemény gránit TESASTAR mérőfej rendszer Opto-elektromos rendszer növekvő osztású üveg mérőléccel 0,001 mm / 0,0001 mm 760 m/s VGA 89mm x118 mm 3 qmm 457 mm X 508 mm Y 406 mm Z 559 mm Legnagyobb X munkadarab mérete 750 mm Y 483 mm Z 14. táblázat TESA Micro-Hite mérőgép paraméterei Típus Mérőasztal anyaga Mérőrendszer Mérőrendszer Mérési osztás Sebesség Kijelző Visszaállási pontosság Mérési tartomány
A mérés során a gép digitális kijelzőjét használtam a méretek leolvasásához, a gép a legtöbb adatot, az úgynevezett GD&T szimbólumokkal jelöli (Geometric Dimensioning and Tolerancing). Az alábbi táblázat ismerteti a rendszer által és a kiértékelő táblázatokban általam is használt szimbólumokat.
X
x tengely menti pozíció
Körkörösség (alakhiba)
Y
y tengely menti pozíció
Síklapúság (alakhiba)
Z
z tengely menti pozíció
Egytengelyűség (alakhiba)
Merőleges távolság két jellemző között
átmérő
sugár
Kúposság (alakhiba)
r
15. táblázat GD&T szimbólumok
A mérés első lépéseként a síkok közti távolságokat határoztam meg, alapsíkként az S1 síkot vettem fel és ehhez képest határoztam meg a többi értéket, a mért értékeket a 15. táblázat foglalja össze. A mérés hibák csökkentésének érdekében a mérést háromszor végeztem el, a síkokat 8-10 pont alapján vettem fel. Az értékeket három tizedes jegy pontosságig vizsgáltam.
53
Diplomatervezés
Síkok közti távolságok (Z) meghatározásának lépései:
Bázis sík felvétele: a felületet merőlegesen megtapintjuk, ezt legalább négyszer kell megismételni, de a pontosság érdekében célszerű 8-10 pont alapján felvenni. Ezt a síkot rögzítjük, a többi síkot ehhez képest vizsgáljuk. Mérendő síkon tetszőlegesen pontokat veszünk fel, amelyek távolságát a mérőgép rögzíti és átlagolja. A mérőgéphez kapcsolt szoftver segítségével meghatározhatóvá váltak a különböző síkok egymástól mért távolságai, bezárt szögei, valamint síklapúságuk.
Alapsík
Választott sík
1. mérés 2. mérés 3. mérés Átlagol érték Várt érték Eltérés
S1
S2
10,377
10,382
10,376
10,378
10,383
0,005
S1
S3
10,362
10,361
10,362
10,362
10,383
0,021
S1
S4
10,361
10,364
10,362
10,362
10,383
0,021
S1
S5
10,537
10,528
10,531
10,532
10,524
-0,008
16. táblázat Z irányú távolságok mért eredményei Bezárt szögek és síklapúság mérése esetén csak a negyedik és ötödik tizedes jegyeknél jelentkeztek számértékek, ezért a munkadarabról kijelenthető, hogy ilyen szempontból tökéletes és a hibák elhanyagolhatóan kicsik.
Rádiuszok ellenőrzése
A rádiuszok esetén is törekedtem a lehető legpontosabb mérésre, az adott él más pontjain végeztem az ismételt méréseket, a kapott eredményeket a következő táblázat foglalja össze. Rádiusz Határoló elnevezése síkok R1 S5-K2 R2 K3-K4
Legkisebb mért Legnagyobb mért Átlagolt Várt érték érték érték érték 10 9,971 10,075 9,987 3,27 3,265 3,275 3,268
17. táblázat Mért rádiusz értékek
54
Eltérés -0,013 -0,002
Diplomatervezés
A1 és A2 alakos felület A1 és A2 felületeket hengerként mértem meg, a mérőgép szoftvere meghatározza a henger középvonalát és annak egy általunk megadott síktól vagy másik vonaltól mért távolságát, ebben az esetben szintén az S1 síkot vettem bázis síknak.
A1 felület geometriája
A2 felület geometriája
S1 síktól mért S1 síktól mért Átmérő Rádiusz távolság Átmérő Rádiusz távolság 20,989 30,337 15,168 20,995 30,337 15,1685
1. mérés 2. mérés
20,978
30,333
15,166
20,984
30,326
15,1665
3. mérés
21,01
30,315
15,157
20,998
30,314
15,157
20,992
30,328
15,164
20,992
30,327
15,162
21,02 30,38 15,19 21,02 -0,028 -0,052 -0,026 -0,028 18. táblázat A1 és A2 felület geometriája
30,38 -0,053
15,19 -0,028
Átlagolt eredmény Várt eredmény Eltérés Kúpos felületek
A kúpos felületeknél a kúpszögeket és egytengelyűséget vizsgáltam, referenciafelületként a K1 felületet használtam. Mért felület K1 K2 K3 K4
1. mérés 2. mérés 3. mérés Átlagolt eredmény Várt érték 3,060° 2,970° 3,070° 3,033° 3,000° 14,870° 14,950° 15,020° 14,947° 15,000° 14,960° 15,030° 14,980° 14,990° 15,000° 6,960° 7,020° 7,040° 7,007° 7,000° 19. táblázat Mért kúpszög értékek
Referencia K1 K1 K1
Vizsgált felület 1. mérés 2. mérés 3. mérés Átlagolt eredmény K2 0,019 0,012 0,017 0,016 K3 0,035 0,036 0,029 0,033 K4 0,012 0,016 0,014 0,014 20. táblázat Kúpos felületek egytengelyűsége
55
Eltérés -0,033° 0,053° 0,010° -0,007°
Diplomatervezés
A mérési adatok összességét tekintve megállapíthatjuk, hogy a munkadarab minden mérete egy +/- 30 mikronos tűrésmezőn belül helyezkedik el, ami az eredetileg tervezett +/- 0,1 mmes értéken belül helyezkedik el és megegyezik a szimulációk során kapott értékekkel.
8.2.2.
Sheffield MICRO-HITE 3D háromkoordinátás mérőgépen végzett mérések eredményei
A méréseket egy másik, a címben szereplő mérőgépen is elvégeztem, amely a Miskolci Egyetem Szerszámgépek Tanszékének műhelycsarnokában található. Az előzőekkel ellentétben itt jóval kevesebb mérésre került sor mind méretek tekintetében, mind pedig adott mérés ismétlési számát tekintve. Az itt mért értékek szintén nagyon kis tűrésmezőn belül helyezkednek el a következő táblázatokban láthatjuk a mérés összegzését.
Referenciasík Mért sík S1 S2 S1 S3 S1 S4 S1 S5
Mért érték (mm) Várt érték (mm) 10,38 10,383 10,368 10,383 10,371 10,383 10,511 10,524 21. táblázat Z irányú távolságok
Eltérés (mm) 0,003 0,015 0,012 0,013
Mért felület Mért érték Várt érték Eltérés K1 3,09 3 -0,09 K2 14,87 15 0,13 K3 14,95 15 0,05 K4 6,972 7 0,028 22. táblázat Mért kúpszög értékek
8.3. Mérés 3D szkenner segítségével A térbeli képalkotás eszközei a különböző eljárásokkal dolgozó, úgynevezett háromdimenziós digitalizáló berendezések, amik lézer, illetve fehér fényű optikai szkennerek lehetnek. A mérőgépek e típusai a fény visszaverődését felhasználva hozzák létre a háromdimenziós modelleket.
56
Diplomatervezés
8.3.1. Szkennerek Működési alapjai
A szkennerek és a mérőgépek közötti alapvető különbség, hogy a szkennerek nem létesítenek fizikai kapcsolatot a vizsgált tárggyal. Az optikai mérőgépek alapvetően kétféle fényforrást használhatnak, a lézert, illetve a fehér fényt. A látható fény tartományában dolgoznak, a visszavert fény erősségét és a kontrasztokat használják fel a kép megalkotásához, a képalkotásuk módszerének alapja a klasszikus háromszögelési elv. [17] A szkenner két fő egysége a videokamera és a projektor. A projektor strukturált fényrácsot vetít úgy a testre, hogy egyre vékonyabb sávokból álló „világos-sötét” hálót hoz létre. A fényerősség és a kontrasztrács határainak változása összehasonlítási adatokat hoz létre. A beesési és visszaverődési szög különbsége adja meg a tárgy adott pontban mért alakját és kiterjedését. A különbségek alapján történő átlagolási elv torzítás nélküli adatokat eredményez, vagyis a kétdimenziós képalkotással ellentétben itt tökéletes, adattorzulás nélküli mérési eredményeket kapunk.
50. ábra Szkennelésnél alkalmazott strukturált fényháló A visszaverődő fényt egy vagy több digitális kamera rögzíti attól függően, hogy mono vagy sztereo berendezésről beszélünk. A digitális kamera képalkotó lapkájától függően változik a kapott kép felbontása. A tárgyról készült szkennelések egy szoftver segítségével kerülnek összeillesztésre a felületek közös pontjai alapján. A három dimenzióban elhelyezkedő pontokat (X, Y, Z) a
57
Diplomatervezés
program összeköti és egy felülethálót illeszt a kapott pontokra. A keletkező kis háromszögekből álló háromdimenziós modell már jól jellemzi a beszkennelt eredeti tárgy alakját.
8.3.2. Breuckmann smartscan 3D szkennerrel végzett mérések A szkennelés során nem csak az utolsóként készült munkadarabot vizsgáltuk, hanem a másodikként készült, kis felületi hibával rendelkezőt is. A tanszéken található szkenner pontos adatait a 22. táblázatban láthatjuk, a berendezés képét az 51. ábra szemlélteti.
51. ábra Breuckmann smart Scan berendezés
Adatfeldolgozás Mérő és adatfeldolgozó rendszer Kimeneti fájlformátumok
Optocat ASCII, BRE, STL, PLY, VRML
Szenzor Projektor típus Fényforrás Súly Képalkotás Kamera felbontás Fókusztávolság Min Z irányú felbontás Beolvasási idő
MPT (miniaturised projection technique) 100 W halogén izzó 4 kg 2 digitális nagyfedlbontású CCD kamera 2448 x 2048 pixel 1000mm 1μm <1s
23. táblázat Breuckmann szkenner adatlapja A munkadarabot a szkennelés előtt egy vékony, egyszínű matt fehér réteggel kell ellátni. Erre a tökéletes fényvisszaverődés érdekében van szükség. A csillogó felületek tükröződést hoznak létre, ezáltal torzítják a fényháló által keltett kontrasztot. A porréteg felvitele után a szkennert megfelelő szögbe kell beállítani az állvány segítségével. A projektor mellett elhelyezésre került egy pozícionáló fény, amely egy a testre vetített vörös pont segítségével segíti a beállítást. A pontosabb, úgynevezett finombeállítást a berendezéshez tartozó szoftver
58
Diplomatervezés
segítségével megjelenített előnézeti kép segítségével végezhetjük. Így pontosan be tudjuk állítani a vizsgálni kívánt területet. Az alkatrész geometriájának bonyolultságától függ, hogy hány felvétel elkészítésére lesz szükséges ahhoz, hogy a teljes felületet össze tudjuk illeszteni a program segítségével.
Felület összeillesztés az Optocat program segítségével
A kamerák segítségével egy felvételt tudunk készíteni a testről, amelyen a felület egy bizonyos része látható. A következő felvétel készítése után a programban összetartozó kulcspontokat tudunk megjelölni a két felvétel között, amelyek segítségével a program iteráció segítségével a megadott pontossági közelítéssel megpróbálja összeilleszteni a két felületet. Újabb felvételek készítése után a már illesztett felülethez tudjuk csatolni az újabb elemeket. A felületek könnyebb egymáshoz történő pozícionálásának érdekében a testen létrehozott fehér felületen fekete jeleket helyeztünk el. Erre azért volt szükség, mert a test szimmetrikus és a jelek segítsége nélkül nem minden esetben lehet eldönteni, hogy melyik felületet vizsgáljuk. Az 52. ábra és az 53. ábra egy adott felvétel készítése esetén mutatja a bal- illetve jobb oldali kamera képét, amelyeken a jelölések is jól láthatóak, az 54. ábra pedig egy új felvétel illesztését a már meglévő felülethez. A programban megalkotott felületet bizonyos esetekben meg kell tisztítani a felesleges részektől, amelyek esetleg tükröződések, nem kívánt elemek fényvisszaverődéséből keletkeznek. Megtisztítás után a felvételekből kapott eredmények egy felületként menthetőek. Az esetleges hiányzó felületek „foltozását” és az eredeti CAD fájllal történő összehasonlítást a Geomagic Studio szoftver segítségével tudjuk elvégezni.
59
Diplomatervezés
52. ábra Bal oldali kamerakép
53. ábra Jobb oldali kamerakép
54. ábra Kulcspontokkal történő felületillesztés
8.3.3. Geomagic Studioban végzett ellenőrzés A Geomagic studio egy olyan, úgynevezett „middleware”, azaz köztes szoftver, amely a 3D szkennerek által alkotott poligon hálós felületből a CAD szoftverek számára is alkalmas és kezelhető felületeket hoz létre. Elsőként az Optocat szoftverből kimentett stl fájlt kell beolvasni, amelyet a Solid Edge szoftverben készült parametrikus modellel tudunk összehasonlítani. A program a középvonal és az általunk megadott sík segítségével a testet és a felületet egymásra helyezi. A kettő közötti eltérést vizuálisan szemlélteti a program, az M2 munkadarabot az 55. ábrán, az M3 munkadarabot az 57. ábrán, a színskálához tartozó értékeket pedig az 56. ábrán láthatjuk.
60
Diplomatervezés
55. ábra M2 munkadarab
56. ábra Színskálához tartozó eltérések
57. ábra M3 munkadarab A programban végzett összehasonlítás számszerű értékeket is ad az eredeti és a szkennelt felület eltéréseiről, ezen értékek a 23. táblázatban találhatóak. Az eredményekből látszik, hogy az eltérések a szkennelés során nagyságrendbeli különbségeket mutatnak a három koordinátás mérőgépekkel végzett mérésekhez képest. Az eltérést több dolog is okozhatja. A szkennelés felbontási pontossága is jelentősen kisebb a másik mérési technológiáétól, azonban ez önmagában nem magyarázza a jelentős különbségeket. A probléma valódi okát az emberi
61
Diplomatervezés
tényező okozhatja, mégpedig a felvételekből történő felület építés közben. Az Optocat programban a felhasználónak kell meghatározni és kijelölnie a kulcspontokat, amelyek alapján a poligon hálókat egymáshoz illeszti. A rendszer a már több felvételből épített felülethez próbálja illeszteni a legújabbat, ezáltal beszélhetünk egy jelentős, akár folytonosan növekedő hibatartományról. A programban ugyan lehetőség van a végén egy minden felvétel, minden felvételhez történő összehasonlításából származó iteráció futtatására, azonban az eredmények alapján ez sem okoz jelentős változást a már alapvetően hibás modellen.
M2 M3 Eltérés típusa Irány alkatrész alkatrész Maximum eltérés poz. 1,6913 1,9311 neg. 5,5569 2,2530 Átlagos eltérés poz. 0,0462 0,0697 neg. 0,0943 0,0679 Normál eltérés 0,2125 0,1901 RMS kalkuláció 0,2140 0,1901 24. táblázat Geomagic studio kiértékelt adatai A két kiértékelést külön vizsgálva, azonban értékes adatokhoz juthatunk. Az M2 munkadarabot tekintve a síkok elég jónak mondható pontossággal helyezkednek el egymáshoz képest és az eredeti modellhez képest is. Az 55. ábra jobb oldalán az S2 felületet vizsgálva megfigyelhetjük a D=12mm átmérőjű maró által okozott, a Z irányú ráállás következtében keletkező hibát. A hibák között felismerhető továbbá a K2 kúpban okozott felülethiba is, amely mélységi értéke a 19. táblázat maximális negatív irányú eltéréseként is jelentkezik. A színskála jellegét megfigyelve megállapíthatjuk, a Z irányú pozícionálás elfogadhatónak mondható, azonban a közép tengelyekkel történő illesztés valószínűleg hibás volt. Hasonló szempontok alapján vizsgálva az M3 munkadarabról készült összehasonlítást, egyértelműen kijelenthető, hogy a szkenneléssel kapott poligon háló nagymértékű geometriai eltéréseket mutat. A legszembetűnőbb probléma az 57. ábra jobb oldalának közepén látható, meredek előjelváltással megjelenő felület. A méretskála segítségével leolvasható, hogy nagyon kis síkbeli távolságon tizedmilliméteres nagyságrendű eltéréseket észlelünk, továbbá a hiba vonalszerűen jelentkezik. Ez egyértelműen a felvételek rossz illesztéséből származó hiba. Összességében elmondható, hogy a 3D szkennelés eredményeiből kapott számszerű adatok nagymértékű eltéréseket mutatnak, ezek a mérés hibáiból adódnak. Az eljárással csak nagyon pontos és részletes modellalkotás segítségével vonhatnánk le következtetéseket a gyártás minőségével kapcsolatban. 62
Diplomatervezés
9. Következtetés
A feladatot befejezve három fő területen vonhatunk le következtetéseket, a modellalkotás, a gyártás szimulációk és a mérés területén. Modellalkotás A mai CAD/CAM rendszerek korlátlan megoldás változatot nyújtanak a modellek felépítéséhez, illetve azok mentéséhez, átkonvertáláshoz más rendszerek számára. Azonban mint a Solid Edge és a Mastercam esetén is, más szoftvereknél is jelentkezhetnek komoly adatvesztéssel járó konvertálások. Ezek alapján elmondhatjuk, hogy a legfontosabb az ilyen jellegű alkalmazások esetén, hogy a megfelelő modelltípust és formátumot használjuk. Természetesen minden CAM szoftver rendelkezik saját modellalkotó (drafting) résszel, azonban bonyolult geometriák esetén az újrarajzolás jelentős plusz munkát eredményezne. Gyártás A gyártás esetében még a legfejlettebb eszközök használata mellett is jelentkezhetnek hibák, hiszen többszöri programban és megmunkálógépen elvégzett szimuláció után is hibás megmunkálást kaptam. Az ilyen jellegű hibák, kellő tapasztalat és rendszer specifikus ismeretek alapján könnyedén elkerülhetőek. Gyártási szimuláció szempontjából még mindenféleképpen meg kell jegyezni a modelltér alkotásának lehetőségét. Ez hatalmas előnyt jelent az ütközésvizsgálatok szempontjából, viszont nagy figyelmet igényel a megmunkálást végző személy részéről. Ügyelni kell arra, hogy a készülékek, szerszámok, munkadarabok ugyanúgy kerüljenek elhelyezésre, mint a CAM szoftverben. Mérés Az alkatrész mérése Tapintó mérő segítségével a várt eredményeket hozta, a munkadarab méretei egy szűk tűrésmezőben helyezkednek el. A 3D szkenner segítségével végzett mérések azonban hibás értékeket eredményeztek, amelyek részben a módszer alapvető méréshatáraiból, részben a mérést végző személy hibáiból keletkeztek.
Összességében tekintve a megmunkálás a várt eredményeket teljesítette, a munkadarab minősége megfelelő.
63
Diplomatervezés
10. Összefoglalás
Feladatom egy kovácsszerszám legyártása volt, a gyártás magában foglalta a modellalkotást, a gyártási folyamat szimulációját és az elkészült munkadarab ellenőrzését is.
Első lépésben bemutattam a különféle CAD és CAM rendszerek sajátosságait és megismertem a lehetséges megmunkálási módszereket CAM szoftverek segítségével.
Ezt követte a modell generálása, átalakítása és javítása olyan formában, hogy a geometria a lehető legkevésbé változzon az eredeti modellhez képest.
A javított modell már alkalmas volt a Mastercam és Topsolid szoftverekben végzett munkához. A programok segítségével különböző módokon gyártás szimulációkat futtattam le. A szimulációk vizsgálata után a tanszéken rendelkezésre álló posztprocesszor segítségével elkészítettem a végleges megmunkálási programot.
Ezt a tanszéken rendelkezésre álló DMU 40 megmunkálógép segítségével történő gyártás követte. A legyártott munkadarabot háromkoordinátás mérőgéppel, és 3D szkennerrel is ellenőriztem.
Végül a legyártott munkadarab, a gyártás folyamatának szimulációja és az elvégzett mérések ismeretében levontam a megfelelő következtetéseket.
64
Diplomatervezés
11. Irodalomjegyzék
[1] Dr. Velezdi György - Szerszámgépek I előadás, Miskolci Egyetem, 2010 [2] Dr. Németh István - Szerszámgépek építőelemei, BME, 2008 [3] Dr. Takács György - Tervezésmódszertan előadás, Miskolci Egyetem [4] Dr. Mikó Balázs – Korszerű gyártástechnológiák, Óbudai Egyetem [5] Mastercam - Dr. Csáki Tibor - Dr. Szabó Szilárdné Dr. Makó Ildikó [6] Mastercam X5 Training Guide - Mill 2D&3D - Manton & Weidinger, Matthew Manton, Duane Weidinger, 2011 [7] Dr. Takács György - Módszeres géptervezés előadás, Miskolci Egyetem, 2011 [8] Dr. Dudás Illés - Gépgyártástechnológia III, Miskolci Egyetemi Kiadó, 2005 [9] www.mastercam.com [10] www.dmg.com [11] www.cadcamsolutions.hu [12] http://www.tondo.hu/content/pdf/3-smartScan-HE_hu.pdf Dátum: 014.május [13] Patkó Gyula, Csáki Tibor, Zsiga Zoltán, Szabóné Makó Ildikó, Simon Gábor Szerszámgépek elmélete, Miskolci Egyetem, 2011 [14] Walter főkatalógus 2012 [15] http://uni-obuda.hu/users/tgusztav/Kozlemenyek/Tanfolyamok/Minosegellenorzes/BKV/ meres_fogalma_hosszmeres.pdf Dátum: 2013.június [16] TESA Micro Hite 3d - User Manual, 2009
65
Diplomatervezés
Melléklet
66
Diplomatervezés
Részletes forgácsolási paraméterek lépésenként:
58. ábra
59. ábra
60. ábra
61. ábra
67
Diplomatervezés
61. ábra
62. ábra
63. ábra
64. ábra
68
Diplomatervezés
65. ábra
66. ábra
67. ábra
68. ábra
69
Diplomatervezés
69. ábra
70. ábra
71. ábra
72. ábra
70
Diplomatervezés
73. ábra
74. ábra Műveleti lap
71
Diplomatervezés
75. ábra Sheffield mérőgép kiértékelő lapja
72
