SZÉCHENYI ISTVÁN EGYETEM GYŐR
Gyártócellák (NGB_AJ018_1)
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek 1.
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
VÁZLAT 1. Forgácsoló (rugalmas) gyártócella fogalma 2. Megmunkáló központok (MC)
2014.04.17.
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
2
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
Forgácsoló (rugalmas) gyártócella fogalma
2014.04.17.
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
3
SZÉCHENYI ISTVÁN EGYETEM GYŐR
Rugalmas gyártócella fogalma
Történeti áttekintés 1. évekig egycélú megmunkáló emberi munkával folyt a termelés, viszonylag kevés automatizált berendezés volt, azok is mechanikus programhordozóval működtek. Az 1950-es években megjelentek az első NC (Numerical Control) szerszámgépek, majd az 1970-es évek közepén első CNC (Computer Numerical Control) szerszámgépek, amelyek már alkalmasak voltak különféle alkatrészek rugalmas automatikus gyártására. Az 1950-es szerszámgépeken,
2014.04.17.
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
5
Rugalmas gyártócella fogalma
Történeti áttekintés 2. A szerszámok szerszámgépen történő tárolásával és azok automatikus cseréjével megalkották a megmunkáló központokat, angolul: Machining Center (MC). Ezek alkotják a rugalmas forgácsoló megmunkálás elemi építő egységeit. Az 1980-as években a munkadarabok automatikus tárolásával és cseréjével létrehozták az első rugalmas (flexibilis) gyártócellákat, angolul: Flexible Manufacturing Cell (FMC).
2014.04.17.
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
6
Rugalmas gyártócella fogalma
Történeti áttekintés 3. Az 1990-es években megjelentek a rugalmas gyártórendszerek, angolul: Flexible Manufacturing System (FMS). Az FMS-ekben megoldották a munkadarabok szállításának és raktározásának automatizálást, a kiszolgáló egységek integrálását és az FMS-eket alkotó gyártócellák irányítási hálózattal történő összekötését egy folyamatirányító számítógép irányításával. Becslések szerint 2000-ben mintegy 2500…3500 FMS működött a világon, számuk napjainkban rohamosan nő.
2014.04.17.
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
7
Rugalmas gyártócella fogalma
Történeti áttekintés 4. Informatikai modulokkal kiegészítve lokális hálózatok segítségével épül fel a számítógéppel integrált termelés, angol nyelven: Computer Integrated Manufacturing, rövidítve: CIM, amely a gyáron belüli funkciók és a külvilággal való kapcsolatok nagy rendszerré integrálódásának kiteljesedése. 2005-től jelent meg a „Digitális Gyár” fogalma, amely a termelés és anyagmozgatás teljes automatizálását jelenti.
2014.04.17.
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
8
Rugalmas gyártócella fogalma
Rugalmas gyártócella fogalma I. Rugalmas gyártócella (Flexible Manufacturing Cell, FMC) munkadarabok automatikus gyártására Különböző alkalmas berendezés, amely képes az esetenként változó gyártási feladathoz történő gyors alkalmazkodásra. A rugalmas (forgácsoló) gyártócella egy szervezési egység, amely állhat egy vagy több (forgácsoló) szerszámgépegységből, megmunkáló központból.
2014.04.17.
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
9
Rugalmas gyártócella fogalma
Rugalmas gyártócella fogalma I. Rugalmas gyártócella Mukadarabcsaládok elemeit munkálja meg, Kiegészítő funkciók; munkadarab- és szerszám ellátás,mérési és felügyeleti funkciók automatizáltak, Felügyelet (kezelő személyzet) nélküli , vagy csökkentett létszámmal történő üzemelés a második és a harmadik műszakban (akár vasárnap) 2014.04.17.
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
10
Rugalmas gyártócella fogalma
Rugalmas gyártócella fogalma II. A gyártási feladat változása nem mindig igényel felszerszámozást, gépelőkészítést, elegendő a megmunkálási program megváltoztatása, A gyártócellák felépítése függ a munkadarab jellegétől: a szekrényes alkatrészeket palettákon mozgatják a forgástest alakú alkatrészek mozgatására leggyakrabban
ipari robotokat (síkportál, illetve térportál) használnak. A robot végezhet szerszám-, vagy munkadarab-befogó készülék cserét is. 2014.04.17.
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
11
Rugalmas gyártórendszer fogalma
A rugalmas gyártórendszer (FMS) több, egymással összekapcsolt szerszámgépből tevődik össze, a szerszámgépek különféle munkadarabokat párhuzamosan munkálnak meg. A gyártás folyamatosságát egy-egy egység átállítása nem zavarja meg.
A gyártó egységeket (pl. a gyártó cellákat) közös irányító egység és munkadarab-, esetleg szerszám ellátó egység köti össze. A munkadarab továbbítás nem kötött ütemű, a szerszámgépek hozzáférése tetszőleges sorrendben történhet. 2014.04.17.
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
12
Rugalmas gyártórendszer fogalma
A gyártócellák felépítése függ a munkadarab jellegétől, a forgástest alakú munkadarabok gyártására alkalmas gyártócellák (esztergáló cellák) és szekrényes alkatrészek gyártócellái leginkább a munkadarab mozgatás megoldásában mutatnak jelentős eltérést. Az ábrán látható néhány - eszterga gyártócellán megmunkálható - alkatrész fényképe.
2014.04.17.
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
13
Rugalmas gyártórendszer fogalma
Eszterga gyártócellán elkészíthető munkadarabok 2014.04.17.
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
14
Rugalmas gyártórendszer fogalma A sík felületekkel határolt, úgynevezett szekrényes alkatrészeket palettákon mozgatják (Az ábrán a kék színű tárolón látható, szürke színű készülékek a paletták.) A paletta egy speciális készülék, az iparban - a szekrényes alkatrészek szállítására - általánosan használt. Erre szerelik fel a munkadarabot a gyártás előtt, majd ezen halad a munkadarab a gyártás során az egyes munkaállomások között. Ennek segítségével történik a szerszámgépeken - az úgynevezett „palettacserével” - a megmunkálásra váró és a megmunkálandó munkadarabok cseréje. A gyártás befejezése után a munkadarabot leszerelik a palettáról. Méreteit szabványok rögzítik. 2014.04.17.
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
15
Rugalmas gyártórendszer fogalma
Gyártócella emeletes palettatárral 2014.04.17.
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
16
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
A forgástest alakú alkatrészek mozgatására leggyakrabban ipari robotokat használnak. A térkihasználás szempontjából legelőnyösebb a felsőpályás portál robot alkalmazása. Ez lehet síkportál, vagy térportál robot. A térportál robot három mozgástengellyel rendelkezik, így alkalmas egy adott térben elhelyezkedő objektumok kiszolgálására, míg a síkportál robot csak kettővel, ez a robot csak egy adott síkban elhelyezkedő objektumok kiszolgálása képes. A térportál robot költségesebb megoldás, kedvező helykihasználásával megoldhatja a teljes körű munkadarab- és szerszámellátást. A robot végezhet munkadarab-befogó készülék cserét is. 2014.04.17.
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
17
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
Gyártócella síkportálrobottal
2014.04.17.
Gyártócella térportálrobottal
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
18
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek Egyszerű megoldást jelent az esztergagép mellett elhelyezett, vagy az oldalára épített ipari robot, amely a szerszámgép és annak közvetlen közelében elhelyezett tároló között dolgozik. A kedvezőtlen helykihasználása miatt ez a megoldás egyre inkább háttérbe szorul.
2014.04.17.
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
19
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
Megmunkáló központok Machining Center, MC
2014.04.17.
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
20
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
A forgácsoló szerszámgépek, valamint a szerszámgépek részegységeinek, építőelemeinek fejlődését fő- és mellékmozgási sebességek, aa nagyobb alkalmazási kör (pl. a forgácsoló központok), a szélesebb pontosság és a nagyobb nagyobb megbízhatóság iránti igény határozza meg.
Nagy jelentőséggel bír az un. elektronikus kinematikai lánc megjelenése, továbbá a közvetlen (direkt) hajtások (a főorsóval egybeépített villamos motor).
2014.04.17.
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
21
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek CNC (Computer Numerical Control) általánossá válása azt (is) Ajelenti, hogy a szerszámgépet a gépkezelő csak közvetett
formában, a vezérlő berendezés révén irányítja, és így a szerszámgép konstrukciós felépítésénél nem kell figyelembe venni az ember adottságait, az új szerszámgép struktúrák nagyszámú variációi szempontból a korszerű CNC vezérlésű szerszámgép Gépészeti egyszerűbb, mint a hagyományos szerszámgép. Valamennyi mozgástengely egyedi hajtással rendelkezik, a kinematika egyszerűbb. Az egyes funkciók tipizáltak, a szerszámgép építő egységei többnyire készen vásárolhatók beszállítóktól. A szerszámgépgyártás fokozatosan szerelő iparággá válik. 2014.04.17.
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
22
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek A A forgácsoló szerszámgépek két nagy csoportja különböztethető meg: szekrényes (sík felületekkel határolt) alkatrészeket amegmunkáló szerszámgépek (ezek közé sorolhatók a megmunkáló központok), illetve forgástest alakú munkadarabok megmunkálásra aalkalmas szerszámgépek (ezek közé sorolhatók az eszterga központok). Fejlődésük sokáig egymástól függetlenül, elválasztva folyt. Jelenleg a két csoport érzékelhetően közelít egymáshoz; így például egy esztergáló központ csak abban különbözik egy megmunkáló központtól, hogy ez utóbbi a munkadarabbal nem tud forgó mozgást végezni. 2014.04.17.
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
Megmunkálóközpontok
Megmunkálóközpontok jellemzői: Különböző műveletek egy felfogásban történő elvégzése, készre munkálása, műveletkoncentráció Elsősorban szekrényszerű, illetve bonyolult, szoborszerű alkatrészek, térbeli felületek megmunkálása alkalmasak Műveletek: fúrás, marás, dörzsölés, menetvágás, stb. CNC vezérlés Automatikus szerszámcsere, Osztó, forgó asztal, a munkadarab négy oldalának megmunkálására Mérési és felügyeleti funkció
2014.04.17.
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
24
Megmunkálóközpontok
Megmunkálóközpontok jellemzői: Automatikus munkadarab (paletta) csere Magas automatizáltsági szint, rugalmasság, gyors alkalmazkodó képesség a változó gyártási feladathoz Megmunkáló központokon megmunkálható jellegzetes alkatrészek
2014.04.17.
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
25
Megmunkálóközpontok
Megmunkálóközpontok A rugalmas gyártócellák és –gyártórendszerek alapját képezik Követelmények: Szerszámtár és szerszámcserélő rendszer elhelyezése a főorsó közelében A három lineáris tengelyt kiegészítő egy, vagy két forgó tengely (3D, 4D, 5D) A munkadarab cserét biztosító állandó asztalmagasság Gépmegoldások: Vízszintes főorsó elrendezésű megmunkáló központok Függőleges főorsó elrendezésű megmunkáló központok 2014.04.17.
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
26
Megmunkálóközpontok
Megmunkálóközpontok Példák a különböző kivitelekre: Vízszintes megmunkáló központok Függőleges megmunkáló központok 4, 5 tengelyes (4D, 5D) megmunkáló központok 5 tengelyes (5D) megmunkálóközpont (SZE laborban) 2014.04.17.
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
27
Megmunkálóközpontok
Megmunkálóközpontok (Példák)
Öttengelyes megmunkálóközpont munkatere (SZE) 2014.04.17.
Háromtengelyes megmunkálóközpont (SZE)
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
28
Megmunkálóközpontok Jellegzetes vízszintes megmunkáló központok
Mozgó oszlopos változatok 2014.04.17.
Álló asztalos MC kétkaros szerszámcsrélővel, lánctárral Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
29
Megmunkálóközpontok Szerszámgéphez kötött koordinátarendszer
Öttengelyes megmunkáló koordináta rendszere
2014.04.17.
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
30
Megmunkálóközpontok Koordináta asztalos függőleges gép
2014.04.17.
Állókapus (portálos) megmunkálóközpont
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
31
Rugalmas gyártórendszer felépítése
2014.04.17.
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
32
Megmunkálóközpontok Polcmagazinrendzser Maximum 100 db Szerszám számára
+ Y -
XHC 241 / 341
Lineárhajtás minden megmunkálási tengelyen 2014.04.17.
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
33
Megmunkálóközpontok
Megmunkálóközpont (AUDI) + Y -
„ZP1, ZP2” Orsók mozgása.
„A” Darabmozgatás
tengelye
„Q”Szerszámtár
„Z1, Z2” Orsók
„X, Y, Z” Mozgási tengelyek.
2014.04.17.
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
34
Megmunkálóközpontok
Vízszintes megmunkáló központ lineáris motorokkal
2014.04.17.
+ Y -
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
35
Megmunkálóközpontok
Megmunkálóközpont
+ Y -
STEINEL FFZ 260
2014.04.17.
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
36
Megmunkálóközpontok
+ Y -
Öttengelyes megmunkáló központ
2014.04.17.
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
37
Megmunkálóközpontok
Szerkezeti, konstrukciós jellemzők Főhajtás, direkt hajtású főorsó Előtoló hajtóművek Szerszámcserélők Munkadabcsere (paletta cserélők) Osztó asztal
2014.04.17.
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
38
Megmunkálóközpontok
Főhajtás Régebben: hajtómotorok aszinkron, majd pólusváltós motorok
Napjainkban: a fordulatszám-növekedés tendenciája, ami a főhajtóművek vonatkozásában a fokozatok csökkenését és a közvetlen hajtás ( motor-főorsó kapcsolat ) elterjedését eredményezi. A tízezres nagyságrendnél kezdődik , furatköszörűknél pedig a 200.000 fordulat/perc sem számít ritkának. Ezt a fejlődést a hajtás és szabályozástechnika, és a csapágyazások nagymérvű fejlődése tette lehetővé. 2014.04.17.
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
39
Megmunkálóközpontok
Főhajtóműveknél az egyenáramú (DC) motorok korlátozott sebességszabályozhatóságuk és a szénkefék kopása miatt egyre inkább az aszinkron váltóáramú ( AC ) motoroknak adják át a helyüket. Ezek egyszerűbb változatai a sebességszabályozást frekvenciaszabályozással, a nagyobb, pontosabb motorok az un. vektor szabályozással (az armatúraáram és a rotoráram bonyolult szabályozásával) oldják meg. 2014.04.17.
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
40
Megmunkálóközpontok Direkt hajtású főorsó
2014.04.17.
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
41
Megmunkálóközpontok Az előtoló hajtások motorjainál a főmotorokhoz hasonlóan váltóáramú indukciós motorok (un. AC szervók) kerültek előtérbe. Ezek rövid ideig a névleges nyomaték többszörösét képesek kifejteni, ezért a szánok gyorsítására jól megfelelnek. Terjednek a lineáris hajtású szerszámgépek.
2014.04.17.
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
42
Megmunkálóközpontok Hagyományos hajtástechnika Orsómenetemelkedés, orsófordulatszám, hő, kopás, rezgések, Elektromechanikus hajtás golyósorsóval
Golyósorsó-anya kapcsolat 2014.04.17.
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
43
Megmunkálóközpontok
Hagyományos hajtástechnika •
Kuplung Golyósorsó
Maximális előtolás VB = 5 ... 30 m/min
•
Gyorsjáratban VE = 30 ... 60 m/min
A technika határai: •
A hajtáselemek max. terhelhetősége
•
Elektromechanikus hajtásnál a gyorsulás
a 10 m/s²
•
A hajtás által keltett mechanikus rezonanciafrekvencia
•
Elektromechanikus hajtásnál a maximális erősítési tényező:
Csapágyak
Elektromechanikus tengelystruktúra X pozícióra
Pozíció szabályzó
Motor Mechanika
X Valós
Kv
Kv 3 ... 5 (m/min)/mm Forrás: TU Darmstadt
Megmunkálóközpontok Erőteljesen terjednek a lineáris hajtású megmunkálóközpontok. Kiesnek a hagyományos mechanikus hajtás elemei, mint pl.: golyósorsó, hajtómű és kuplungok. A hagyományos mechanikus hajtások főbb hátrányai:
Korlátozott a hajtáselemek
maximális terhelhetősége okozhat a hajtás Problémát által keltett mechanikus rezonanciafrekvencia kell a hő, a kopás, Számolni valamint a rezgések által okozott működési problémákkal is. Lineáris motor elvi felépítése 2014.04.17.
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
45
Megmunkálóközpontok Erőteljesen terjednek a lineáris hajtású szerszámgépek. Kiesnek a megmunkáló-központok hagyományos mechanikus hajtás elemei, mint pl.: golyósorsó, hajtómű és kuplungok
I.
2014.04.17.
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
46
Megmunkálóközpontok II.
2014.04.17.
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
47
Megmunkálóközpontok III.
2014.04.17.
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
48
Megmunkálóközpontok
A lineárhajtástechnika előnyei Lineárimotorok alkalmazásával kiesnek a megmunkálóközpontok hagyományos hajtáselemei mint pl.: golyósorsó, hajtómű és kuplungok. Ezáltal és a modern digitális hajtás-technika felhasználásával a következő előnyök érhetők el: nincsenek mechanikus hajtáselemek, egyszerű szerelhetőség, magas gyorsulási képesség a kontúr és pozícionálási pontosság megtartása, nagy dinamika, rövid pozícionálási idő, nagy kontúrpontosság magas mozgási sebességek mellett is nincs forgásirányváltási hiba, 2014.04.17.
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
49
Megmunkálóközpontok
A lineárhajtástechnika előnyei (folytatás)
nincs a hajtáselemek kopása által okozott játékhiba nagy sebességtartási képesség nagy szerkezeti merevség, jó terhelhetőség magas megbízhatóság a kopóelemek hiánya miatt kismértékű kopás, hosszú élettartam, kisebb karbantartási igény, túlterhelési sérülések elkerülése a motorba épített hőmérsékletfelügyelet által
2014.04.17.
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
50
Megmunkálóközpontok Lineáris hajtástechnika hátrányai: Magas mágneses tér a motornál, ezért mágnesezhető anyag megmunkálása esetén védeni kell a motort a forgácstól A motorhűtéssel szemben magasabb követelményeknek kell megfelelni Magasabb elektromos követelmények
Linármotor hajtásstruktúra X pozícióra
Pozíció szabályzó
Lineármotor
X valós
Kv
Forrás: TU Darmstadt
Megmunkálóközpontok Gépszán
Lineáris hajtástechnika
Motor primerrész Csapágyak
Lineár Mérőrendszer
Motor szekunderrész
Forrás: TU Darmstadt
Gyártócellák Osztó, forgó asztalok A megmunkáló központok fontos szerkezeti egysége a folyamatos forgású NC vezérléssel ellátott asztal. A függőleges forgástengelyű, nagy pontosságú, szögelfordulás a legfontosabb követelmény, tipikus feladat a szekrényszerű alkatrészek – egymással szöget bezáró felületein lévő felületelemeinek megmunkálása (pl. fúrás, marás). Két típusa ismert: a folyamatos forgású és az osztó („indexelő”) asztal. Ezek feladata és konstrukciós kivitele jelentősen eltérő.
2014.04.17.
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
53
Gyártócellák Osztó, forgó asztalok A folyamatos forgású asztal teljesen azonos a lineáris tengelyekkel, a vezérlő programból lehet megadni a forgó mozgás értelmét, helyzeteit és szögsebességét. Fontos jellemzője, hogy mind álló, mind forgó helyzetében is lehet forgácsolni. Az osztó asztalok a munkadarabot véges számú szöghelyzetbe fordítják, kiemelt jelentőséggel bír a 90°onkénti elforgatás, mert a leggyakrabban egymásra merőleges irányokban kell forgácsolt felületeket készíteni.
2014.04.17.
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
54
Gyártócellák
Osztó, forgó asztalok
Folyamatos forgású forgó asztal 2014.04.17.
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
55
Köszönöm megtisztelő figyelmüket!
2014.04.17.
Forgácsoló gyártócellák, gyártórendszerek
56