KOMPLEXNÍ VZDĚLÁVÁNÍ KATEDRA STROJNÍ
CNC
SPŠSE a VOŠ LIBEREC
CAM
CNC CNC – OBECNĚ (Kk) SOUSTRUŽENÍ – SIEMENS (Ry) FRÉZOVÁNÍ – SIEMENS (Hu) FRÉZOVÁNÍ – HEIDENHEIM (Hk)
CAM EdgeCAM (Na) 3D OBJET PRINT (Kn)
CNC – OBECNĚ se zabývá problematikou
obrábění různých druhů materiálu a jejich vlastností, tvarové složitosti obrobku, použití nových řezných materiálů při vyšších řezných podmínkách pomocí počítačem programovatelných obráběcích center.
CNC – SOUSTRUŽENÍ Kapitola 1 - Seřízení nástroje Kapitola 2 - Vytvoření nástroje Kapitola 3 - Nastavení počátku souřadného systému obrobku Kapitola 4 - Správa programů a založení nového programu Kapitola 5 - Volání nástroje a zadání dráhy posuvu Kapitola 6 - Pohyby po kruhové dráze Kapitola 7 - Vytváření libovolných kontur, obrábění nahrubo Kapitola 8 - Obrábění načisto Kapitola 9 - Závitový zápich, závity Kapitola 10 - Zápichy Kapitola 11 - Ekologie optimalizace drah a další možnosti úspory energie Kapitola 12 - Ekologické a technické aspekty HSC obrábění
11 - Ekologie optimalizace drah a další možnosti úspory energie Trochoidní trajektorie nástroje [3]
Přináší řadu výhod včetně ekologických [3] - zvýšení produktivity - prodloužení životnosti nástroje zamezením nadměrného úhlu opásání obvodu nástroje ᴪ - dá se regulovat prostým nastavením poloměru, kroku a úhlu trochoidy - snížíme nadměrné zatížení břitů při frézování rohů, rádiusových koutů kapes, žeber nebo maximální opásání nástroje při frézování drážek plným průměrem stopkové frézy
Uplatňuje se u těžko obrobitelných materiálů jako jsou například slitiny titanu, které jsou náchylné k vibracím a chvění. Tímto způsobem dosáhneme minimalizaci změn směru obrábění a umožňuje to použít vyšší řezné rychlosti, čímž se podstatně zkrátí strojní čas obrábění. Optimalizují se řezné podmínky tím, že fréza nenajíždí do řezu přerušovaně, ale plynule a stabilněji z důvodu konstantního záběru. [3]
Konvenční metoda
[1]
Trochoidní metoda
[1]
Trochoida = cyklická křivka [2] Parametry - poloměr – udává poloměr kružnice opisující valivý pohyb po pevné, základní přímce vycházející ze středu nástroje - krok – parametr určující vzdálenost mezi středy dvou sousedních kružnic, které určují posun nástroje - úhel – úhel záběru naměřený mezi dvěma vektory v místě dotyku frézy s materiálem
[4]
Příklad optimalizace na grafu Optimalizací vrtání v závislosti na optimalizaci řezné rychlosti, lze dosáhnout úspor, jež mají kladný vliv na životní prostředí. např. snížení času obrábění = úspora el. energie, snížení opotřebení nástroje = nižší náklady na pořizování, pořizování méně nástrojů = snížení ekologické zátěže při výrobě nástrojů a jejich následné recyklaci.
[2]
Další možností, jak snížit spotřebu energie je využití ztrátových energií stroje a jejich rekuperace. Takto získaná energie se dá využít pro senzory či snímače. [5]
Jiná možnost je, že danou energii vůbec nespotřebujeme. Pro konkrétní činnost si zvolíme vhodnou velikost stroje, aby nedocházelo ke ztrátám kvůli nevyužitému potenciálu stroje, většímu tření a vysokým setrvačným silám. [5]
Rekuperovaná energie [5] U zahřívaných součástí můžeme využít rozdílu teplot mezi strojem, popřípadě chladící kapalinou a okolím, kterou využívá termoelektrický článek. Pomocí vibračních generátorů můžeme přeměnit vibrace na elektrickou energii. Důležitým faktorem je velikost a charakter vibrací. Jako další možnost se nabízí mechanická energie dojezdů, u obráběcích strojů se zatím nevyužívá ( nízký efekt ).
Energy harvesting systémy se v poslední době staly jednou z hlavních oblastí výzkumu. Zahrnují všechny možnosti, principy a materiály, díky kterým můžeme získávat energii z blízkého okolí. Většinou se používají pro sekundární napájení, ale s dalším vývojem a snižováním spotřeby strojů je určitě častěji uvidíme i jako primární zdroje. [5]
Zdroje pro energy harvesting systémy:
Mechanická energie: Mezi tyto energie patří vibrace, mechanické namáhání a deformace. Získáme ji pomocí vibračních článků a piezoelektrických článků. [5] Tepelná energie: Patří sem odpadní energie z pecí, topných těles a různých zdrojů tření. Pro její využití slouží termogenerátor. [5] Světelná energie: Jde o energii získanou ze světla v místnosti, nebo ze slunečního světla. Přímé sluneční záření je samozřejmě schopné vytvořit mnohem více energie, než světlo v místnosti. Ke zpracování světelné energie slouží solární panely. [5]
Elektromagnetická energie: Tuto energii najdeme u cívek a transformátorů. Přírodní energie: Jde o využití větrné energie, mořských proudů a proudů vody. Můžeme sem zařadit i solární energii. Pro její získání slouží větrné, vodní, přílivové a solární mini-elektrárny. [5] Energie lidského těla: Je to kombinace mechanické a tepelné energie, kterou tělo přirozeně produkuje, a energie z chůze a pohybu. Příkladem jejich využití jsou hodinky napájené z rozdílů teplot mezi rukou a okolím (SEICO Thermic), nebo z pohybu zápěstí (SEIKO Kinetic). [5] Ostatní energie: Do této kategorie řadíme všechny ostatní způsoby. Například energie z chemických a biologických zdrojů. Mezi chemické zdroje patři hlavně různé baterie. [5]
Analýza energií Sluneční záření (Ne): Solární články samozřejmě použít můžeme, ale museli bychom je připevňovat na střechu, nebo jiné slunečné místo a navíc je můžeme využít pro napájení čehokoliv jiného v dílně. Tento zdroj energie je navíc nestálý (den/noc, slunečno/zataženo, léto/zima) a s obráběcími stroji nesouvisí, proto ho nebudeme brát v úvahu. [5] Vibrace (Ano): V obráběcím stroji vzniká velké množství vibrací z různých zdrojů, jako jsou převodovky, elektromotor, čerpadlo, anebo třeba i ze samotného obrábění. Vibrace mají převážně ustálený charakter, a tudíž by nemuselo být příliš těžké pro ně optimalizovat generátor. [5]
Chemické gradienty (Ne): Tento zdroj energie se používá převážně u baterií. U obráběcího stroje se nesetkáváme s žádnými chemickými procesy, které bychom mohli využít k výrobě energie. [5]
Teplotní gradienty (Ano): Při pohybu, nebo deformaci jakékoliv součásti dochází k tření, a tím pádem také k uvolnění tepla. U obráběcích strojů dochází k největšímu uvolňování tepla právě při samotném obrábění, kdy dochází k velkým deformacím a velkým třecím účinkům mezi nástrojem a obrobkem. Zde by šlo využít rozdílů teplot mezi okolím a strojem, nebo chladicí kapalinou. [5] Proudění tekutin (Ne): U obráběcích strojů sice proudí chladicí kapalina, ale tu musí pohánět čerpadlo, a pokud bychom do potrubí vložili generátor, tak by se snížil výkon čerpadla a ztráty by byly větší než získaná energie. [5] Elektromagnetické záření (Ne): Obráběcí stroj nevytváří skoro žádné elektromagnetické záření a nemůžeme ho tedy ani využít pro získávání energie. [5]
Mechanická energie dojezdů (Ano): Pro rozběh stroje do provozních otáček je potřeba určité množství energie. Po skončení prací a vypnutí se ještě stroj setrvačnou energií dále pohybuje a zpomaluje. Tato energie by se dala zpětně přeměnit na elektřinu tím, že by se z motoru stal generátor. Využití tohoto systému nebude u menších strojů tak účinné, jak u větších strojů, které mají velkou setrvačnost. [5]
[5] Graf závislosti výkonu na hmotnosti generátoru
Možností je celá řada, ale jedno z nejzákladnějších pravidel a nejjednodušším krokem k úspoře energie se tedy jeví správný výběr obráběcího stroje vzhledem k opracovávané součásti s možnosti využití plného potenciálu stroje.
Použité zdroje [1] https://www.vutbr.cz/www_base/zav_prace_soubor_verejne.php?file_id=18632 [2] https://www.vutbr.cz/www_base/zav_prace_soubor_verejne.php?file_id=53518 [3] http://www.mmspektrum.com/clanek/problematika-obrabeni-titanovych-leteckychdilu.html [4] http://www.delcam.cz/produkty/powermill/high-speed-machining/ [5] http://www.vutbr.cz/www_base/zav_prace_soubor_verejne.php?file_id=39368
DĚKUJI ZA POZORNOST A PŘEJI HODNĚ ÚSPĚCHŮ
Zpracoval(a):
Mgr. Vilém Rychtář, SPŠSE a VOŠ LIBEREC
[email protected] +420 485100113
