KONSTRUKCE NAKLÁPĚCÍHO STOLU PRO PĚTIOSÉ FRÉZOVÁNÍ

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV VÝROBNÍCH STROJŮ, SYSTÉMŮ A ROBOTIKY FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF PRODUCTION MACHINES, SYSTEMS AND ROBOTICS

KONSTRUKCE NAKLÁPĚCÍHO STOLU PRO PĚTIOSÉ FRÉZOVÁNÍ DESIGN OF ROTARY TABLE FOR FIVE-AXES MILLING

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR'S THESIS

AUTOR PRÁCE

STANISLAV BAJZA

AUTHOR

VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR

BRNO 2014

doc. Ing. PETR BLECHA, Ph.D.

Abstrakt Cílem této bakalářské práce je konstrukční návrh naklápěcího stolu s řízenou čtvrtou a pátou osou, který bude používán jako doplňkové příslušenství ke tříosému obráběcímu centru. Stůl by měl sloužit k dokončovacím operacím a k frézování tvarově složitých obrobků. První část práce obsahuje rešerši v oblasti naklápěcích stolů. Druhá část obsahuje volbu parametrů, zdůvodnění volby parametrů, konstrukční návrh a vybrání nejlepšího návrhu. Klíčová slova Naklápěcí stůl, pětiosé frézování, tvarově složité frézování, řízená 4 a 5 osa, konstrukce stolu

Abstract The aim of this bachelor thesis is a design of the rotary tilting table with controlled fourth and fifth axis. This table will be used as a supplementary equipment for three axis milling machine. The table should be used for finishing and milling of special shapes. First part includes the research of pivotally tilting tables. Second part includes choise of technical data, justification of data, design and choice of the best design. Key words Tilting rotary table, fifth axis milling, milling of special shapes, fourth and fifth controlled axis, design of table

Bibliografická citace BAJZA, S. Konstrukce naklápěcího stolu pro pětiosé frézování. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2014. 48 s. Vedoucí bakalářské práce doc. Ing. Petr Blecha, Ph.D.

Čestné prohlášení Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci, Konstrukce naklápěcího stolu pro pětiosé frézování, vypracoval samostatně pod vedením doc. Ing. Petra Blechy, Ph.D. a v seznamu použité literatury uvedl všechny zdroje a podklady, ze kterých jsem čerpal. V Brně 29. května 2014

________________________ Stanislav Bajza

Poděkování Za podporu, pomoc, rady a užitečné připomínky při návrhu komponent a při zpracování bakalářské práce tímto děkuji vedoucímu práce panu doc. Ing. Petrovi Blechovi Ph.D. Dále bych chtěl poděkovat rodině a přátelům za podporu a pomoc při práci na bakalářské práci.

Ústav výrobních strojů, systémů a robotiky

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

Str. 11

Obsah 1) Úvod ................................................................................................................... 13 2) Pohony naklápěcích stolů ................................................................................... 14 2.1)

Přímé pohony .................................................................................................. 14

2.2) Nepřímé pohony ................................................................................................ 15 3) Měřící systémy ................................................................................................... 16 3.1)

Magnetické odměřování ................................................................................. 16

3.2)

Optické odměřování ....................................................................................... 17

3.2.1) Přírůstkové optické snímače ........................................................................... 17 3.2.2) Absolutní optické snímače .............................................................................. 17 3.3)

Porovnání přesnosti ....................................................................................... 18

4) Ložiska naklápěcích stolů ................................................................................... 18 4.1) Axiálně radiální válečková ložiska ...................................................................... 18 4.2) Axiální kuličková ložiska s kosoúhlým stykem ................................................... 19 4.3) Axiální a radiální jehlová ložiska ........................................................................ 19 4.4) Axiálně-radiální ložiska s integrovaným měřicím systémem .............................. 19 5) Možnosti uložení v naklápěcí ose A ................................................................... 19 5.1) Oboustranné uložení v ose A ............................................................................. 19 5.2) Jednostranné uložení v ose A ............................................................................ 20 6) Brzdy naklápěcích stolů ...................................................................................... 20 6.1) Hydraulická brzda .............................................................................................. 21 6.2) Pneumatická brzda ............................................................................................ 21 6.3) Elektromagnetická brzda.................................................................................... 21 7) Výrobci naklápěcích stolů ................................................................................... 22 7.1) Parkson .............................................................................................................. 22 7.2) Kovosvit MAS ..................................................................................................... 23 7.3) Tajmac ZPS ....................................................................................................... 23 7.4) Haas automation ................................................................................................ 24 8) Specifikace parametrů naklápěcího stolu ........................................................... 24 8.1) Předpokládané použití naklápěcího stolu .......................................................... 24 8.2) Maximální možné rozměry a hmotnost stolu ...................................................... 25 8.2.1) Rozměry obrobku ............................................................................................ 25 8.2.2) Hmotnost stolu ................................................................................................ 26 9) Volba komponent naklápěcího stolu ................................................................... 27 10)

Konstrukce naklápěcího stolu ......................................................................... 27

10.1) Výpočet maximálního zatížení při frézování..................................................... 27



Str. 12

10.1.1) Maximální předpokládané technologické zatížení ........................................ 28 10.1.2) Výpočet maximálních sil ............................................................................... 29 10.1.3) Výpočet maximálních momentů .................................................................... 29 10.1.4) Výpočet momentů setrvačnosti ..................................................................... 30 10.1.5) Výpočet potřebného momentu pro polohování ............................................. 31 10.2) Výběr a kontrola pohonů .................................................................................. 32 10.2.1) Výběr pohonu otáčení ................................................................................... 32 10.2.2) Výběr pohonu naklápění ............................................................................... 33 10.3) Výběr a kontrola ložisek ................................................................................... 33 10.3.1) Výběr ložiska pro osu otáčení C ................................................................... 34 10.3.2) Výpočet trvanlivosti ložiska jednotky otáčení ................................................ 35 10.3.3) Výběr ložisek pro osu naklápění A ................................................................ 36 10.3.4) Výpočet trvanlivosti ložisek jednotky naklápění ............................................ 36 10.4) Výběr brzdy ...................................................................................................... 37 10.5) Jednotka otáčení.............................................................................................. 38 10.6) Jednotka naklápění .......................................................................................... 38 10.7) Celková sestava naklápěcího stolu .................................................................. 39 10.8) Přehodnocení zvolených parametrů ................................................................ 40 10.9) Jednotka otáčení po přehodnocení .................................................................. 40 10.10) Jednotka naklápění po přehodnocení ............................................................ 41 10.11) Celková sestava stolu po přehodnocení ........................................................ 42 11)

Závěr ............................................................................................................... 43

12)

Seznamy ......................................................................................................... 44

12.1) Seznam použité literatury ................................................................................ 44 12.2) Seznam použitých symbolů a zkratek .............................................................. 44 12.3) Seznam obrázků .............................................................................................. 47 12.4) Seznam tabulek ............................................................................................... 48 12.5) Seznam příloh .................................................................................................. 48 12.5.1) Seznam tištěných příloh ................................................................................ 48 12.5.2) Seznam elektronických příloh na CD ............................................................ 48



Str. 13

1) Úvod Otočné naklápěcí stoly se používají u CNC frézek pro pětiosé frézování. Díky aplikaci stolu získáme kromě 3 hlavních os X, Y, Z ještě další 2 z os A, B, C. Zpravidla A - naklápěcí osa (rotace kolem X) a C - rotační osa (rotace kolem Z) (Obr. 1.3). Ty jsou ale závislé na umístění stolu ve stroji vůči osám X, Y, Z. Hlavní výhoda je efektivita práce, kdy obrábíme tvarově složité součásti, formy, lopatky, oběžná kola, excentrické otvory a mnohé další na jedno upnutí. Tím se zvyšuje přesnost výrobku. Otočné naklápěcí stoly se také dodávají jako příslušenství, kdy se tříosé obráběcí centrum rozšíří o 4. osu otočným stolem (Obr. 1.1) nebo na pětiosé obráběcí centrum pomocí naklápěcího otočného stolu (Obr 1.2). Investice do pětiosého obráběcího centra nebo do příslušenství je výhodná, protože se značně rozšíří možnosti obrábět tvarově složité součásti. [1] [2]

Obr 1.1 Otočný stůl pro 4-osé frézování[1]

Obr 1.2 Naklápěcí stůl pro 5-osé frézování[1]

Obr 1.3 Osy na naklápěcím stolu [3]



Str. 14

2) Pohony naklápěcích stolů Pohony naklápěcích stolů jsou řešeny buď přímými pohony, nebo nepřímými. 2.1) Přímé pohony Přímé pohony realizujeme pomocí tzv. prstencových motorů. Cena přímého pohonu je v porovnání s „klasickým“ rotačním pohonem vysoká. Když ovšem k ceně klasického pohonu připočteme další mechanicky potřebné součásti, které u přímého pohonu nepotřebujeme, je cena přímého pohonu s nepřímým srovnatelná. Při použití přímého pohonu dosahujeme menších nepřesností a menšího opotřebení při zachování maximálních dynamických vlastností. Pomalé rotační pohyby s vysokými nároky na přesnost polohování jsou dnes řešeny pomaluběžnými bezpřevodovými vysokomomentovými motory.[4] Popis prstencového motoru Základní díly, stator a rotor, mají tvar prstenců a jsou určeny pro přímou zástavbu do stroje. Skládají se ze statorového vinutí upevněného na vnější konstrukci motoru a rotorového prstence, na jehož vnějším obvodě jsou připevněny permanentní magnety. Principem činnosti jde o motory bezkartáčové (brushless) včetně řídicí i výkonové elektroniky. Statorové vinutí obsahuje velký počet půlpárů. Motory dosahují velkých krouticích momentů a velké torzní tuhosti při regulaci polohy. Vinutí je většinou třífázové ve hvězdě, výjimečně dvoufázové (firma Etel). Počet pólů dosahuje u velkoprůměrových motorů několik set. Přesnost polohování je závislá na řídicím a regulačním systému. Motor je chlazen vzduchem nebo vodou. Chlazení vodou je mnohem účinnější než vzduchem a umožňuje velké momentové přetížení. Mezi hlavní výhody patří: - vysoké úhlové zrychlení; - velká tuhost při polohovém řízení; - oproti klasickým pohonům nejsou nutné redukční převody pro snížení otáček pohonu; - bezvůlové spojení se strojem; - malé hmotnosti a setrvačné momenty; - přesné polohování; - vysoký výkon při 5x až 7x menším zastavěném prostoru; - možnost velmi nízkých otáček (1 otáčka za týden). Nevýhodou těchto motorů je vyšší pořizovací cena oproti klasickým pohonům a nutnost chlazení motoru, je-li vyšší požadavek na dosahovaný moment. [5] Obr. 2.1 Schéma prstencového pohonu[6]



Str. 15

2.2) Nepřímé pohony Nepřímé pohony se skládají ze servomotoru a z převodového ústrojí. U nepřímých pohonů dochází díky více komponentám v sestavě pohonu k většímu tření, opotřebení, nepřesnostem a menší dynamice než u pohonu přímého. Musíme častěji provádět údržbu. [5] Popis šnekového převodu K nepřímému pohonu se stále nejvíce používá převod šnekový. Výhodou je relativně nízká výrobní cena a dosáhnutí vysokého převodového poměru vzhledem k velikosti soukolí. Velkým převodovým poměrem dosáhneme přesnějšího polohování. Jedna z firem využívající nepřímých pohonů k výrobě naklápěcích stolů je firma Koma s projektem Tsudokoma. Díky použitým technologiím dochází k optimálnímu vyvážení mezi výkonem, životností a plynulým pohonem během obrábění. Firma využívá tzv. plného záběru zubu a většího modulu v ozubení. V záběru jsou tedy zuby s větším modulem a využívají celou svou plochu k záběru. Můžeme tedy přenášet větší zatížení a díky vymezení vůlí je pohon i přesný. Firma používá i jiné materiály k výrobě šnekového soukolí pro zlepšení kluzných a pevnostních vlastností než jiné firmy (Obr. 2.2). [20]

Obr. 2.2 Vlastnosti soukolí firmy Koma [20]

Obr. 2.3 Profil zubu soukolí Koma[20]

Obr. 2.4 Šnekové soukolí firmy Koma[20]



Str. 16

3) Měřící systémy Při výběru snímače není rozumné volit vždy nejvyšší přesnost a rozlišení aniž by byla zvážena složitost, rychlost přenosu dat a cena. Musíme zvážit, jak přesný máme stroj. U nepřímých pohonů musíme brát v úvahu přesnost převodu a snímač by měl být o málo přesnější z ekonomických důvodů. V praxi se používají dvě metody odměřování a to magnetické a optické. Ještě před několika lety ve třídě rotačních snímačů převládaly snímače optické a magnetické se používaly jen zřídka v prostředí s extrémními nároky a pro speciální aplikace. S dobou ale přichází nové zkušenosti konstruktérů a magnetické snímače se začínají používat více.[7][8] 3.1) Magnetické odměřování Hlavní předností magnetického snímače je odolnost vůči vibracím, malé zástavbové prostory, vysoká rychlost snímání, teplotní odolnost a stále vzrůstající citlivost spolu s příjemnou cenou. Srdcem každého magnetického snímače jsou dva základní díly: dvoupólový magnet a čip s maticí Hallových sond. Sondy v čipu snímají změny magnetického toku při rotaci inicializačního magnetu a vytvářejí Hallovo napětí, díky čemu snímač zaznamená změnu. Sin/cos analogový signál je převeden na výstupní analogový, inkrementální i absolutní formát výstupního signálu. Snímače reagují pouze na složku kolmou k povrchu čipu. Důmyslným návrhem matice snímacích Hallových sond se podařilo velmi omezit vliv externích magnetických polí a snímač je schopen pracovat i v prostředí s vysokou úrovní magnetického rušení a také se vyrovnat s nedokonalostmi magnetického pole inicializačního magnetu. Pro odměřování na rotačních slotech se používají převážně snímače složené z čtecí hlavy a magnetického prstence. Čtecí hlava odčítá signál z rotujícího prstence. Na základě Hallova napětí vyhodnotí výstup. [8][9][29]

Obr. 3.1 Snímač LM13 a prstenec[29]

Obr. 3.2 Princip magnetického dměřování [10]



Str. 17

3.2) Optické odměřování Podobným vývojem jak u snímačů magnetických se ubírají i snímače optické. Zvyšuje se odolnost a přesnost. Snímače optické se dělí na snímače inkrementální (přírůstkové) a snímače absolutní polohy. 3.2.1) Přírůstkové optické snímače

Základem přírůstkových optických snímačů je fotoelektrická bariéra. Světlo produkované LED diodou prochází přes čočku P a přes přerušovanou skupinu černých U a průhledných D prvků, nanesených na optickém disku, ke dvěma snímacím fotodiodám E1 a E2. Aby bylo možné snímat i smysl otáčení, je fázový posun UA, UB 90°. Podle toho, který signál je přiveden na snímací člen jako první, je možné zjistit směr otáčení. Kromě toho se používá ještě referenční signál N, který se opakuje 1x za otáčku. Pro zvyšování přesnosti a eliminaci chyb způsobených výpadkem signálu se používá ještě řada zrcadlově převrácených kanálů A, B, N, které se porovnávají se základním signálem a v případě nutnosti je možné chybějící informaci doplnit.[11]

Obr. 3.3 Princip optického snímače přírůstkového [12] 3.2.2) Absolutní optické snímače

U snímačů absolutní polohy je na optický disk nanesena vrstva obsahující datová slova. Pomocí speciálního čtecího zařízení se dá tato informaci dekódovat a zpracovat na jasně daný výstup polohy vůči nulovému bodu. Pokud je jednostranná úhlová výchylka větší než 360°, začíná snímač počítat znovu od nuly. Snímač dokáže pracovat s rozlišením 8192 kroků/360° při 13 bitech; pro snímání v rozsahu více otáček. V 29bitovém provedení si dokáže zapamatovat až 536 870 912 otáček.[11]



Str. 18

Obr. 3.4 Kotouč absolutního optického snímače [12]

3.3) Porovnání přesnosti U snímačů dosahujeme požadované přesnosti díky jemnosti dělení rastru. Čím je dělení jemnější, tím je krok menší a přesnost vyšší. V závislosti na průměru se přesnost liší, u větších průměrů je úhlová odchylka menší.[29] Tab. 3.1 Porovnání snímačů[29] magnetické odměřování

optické odměřování

dělení

1280 - 327680 kroků na otáčku

±0,5 - ±4 uhlové vteřiny

přesnost (úhlové vteřiny)

960" - 3"

4" - 0,7"

výhody

přijatelná cena, odolnosti vůči nečistotám

velmi vysoká přesnost

4) Ložiska naklápěcích stolů Problematika uložení otočných stolů se řeší pomocí axiálně radiálních válečkových ložisek, axiálních kuličkových ložisek s kosoúhlým stykem nebo axiálních a radiálních jehlových ložisek.[13] 4.1) Axiálně radiální válečková ložiska Tyto ložiska jsou konstruována na přenášení jak axiálních, tak radiálních sil v obou směrech. Přenos síly v axiálním směru je zaručen díky jehlové nebo válečkové kleci a radiální složka sil je přenášena pomocí válečků. Ložiska jsou mezi

Ústav výrobních strojů, systémů a robotiky Str. 19


prstenci a celá konstrukce je po namontování předepjatá, tím pádem se eliminují vůle v ložisku. [14] 4.2) Axiální kuličková ložiska s kosoúhlým stykem Axiální kuličková ložiska s kosoúhlým stykem tvoří jednodílný vnější kruh, dvoudílný vnitřní kroužek a dvě kulové klece s kontaktním úhlem 60 °. Na vnějším a vnitřním kroužku jsou díry pro šrouby kvůli jednoduché montáži. Stejně jako ložiska kuličková jsou konstruována na zatížení jak axiální tak radiální v obou směrech. Pro přesnost jsou ložiska axiálně i radiálně předepjata. [14] 4.3) Axiální a radiální jehlová ložiska Axiální jehlová ložiska se skládající z axiálních jehlových věnců a axiálních ložiskových kotoučů se středicím prstencem. Používají se tam, kde je nedostatek místa, radiální síly ale musí být zachyceny zvlášť. Radiální jehlová ložiska se skládají z jehlového věnce a vnějšího kroužku. Vnější kroužek je tenký a vnitřní kroužek je pouze v některých typech ložisek. Díky tomu je konstrukční výška jehlových pouzder v radiálním směru velmi nízká.[14] 4.4) Axiálně-radiální systémem

ložiska

s

integrovaným

měřicím

Přímo v ložisku je integrován magnetický odměřovací systém, který zachycuje polohu v rozsahu několika málo sekund. Mechanicky odpovídá axiálně radiálnímu válečkovému ložisku.[14]

a

b

c

Obr. 4.1 a)axiálně radiální válečkové ložisko YRT b)axiální ložisko s kosoúhlým stykem ZKLDF c)axiálně radiální ložisko válečkové s integrovaným měřícím systémem YRTM[14]

5) Možnosti uložení v naklápěcí ose A Podle uložení naklápěcího stolu rozeznáváme jednostranné a oboustranné uložení stolu. 5.1) Oboustranné uložení v ose A Oboustranné uložení zaručuje rovnoměrné rozložení sil v ose A, vysokou přesnost, vysoce dynamické polohovaní a tuhost celé soustavy. Tyto stoly jsou nejrozšířenější. Na obrázku (Obr. 5.1) je stůl v otočné ose C vybaven pohonem s vysokými točivými momenty a v naklápěcí ose A tandemovým pohonem.[18]



Str. 20

Obr. 5.1 Naklápěcí stůl v oboustranném uložení osy A[18]

5.2) Jednostranné uložení v ose A Jednostranné uložení má velkou výhodu v úspoře prostoru. Ovšem nastává problém v konstrukční fázi, kdy veškeré zatížení přenáší uložení na jedné straně, tím se snižuje tuhost celé soustavy. Navíc se k naklápění používá jeden motor, kdežto u oboustranného uložení se někdy využívají motory dva. Tato konstrukce není tak rozšířená jako konstrukce s uložením na obou stranách. Jedna z firem vyrábějící takové stoly je německá firma Lehmann.[19]

Obr. 5.2 Stůl firmy Lehmann s jednostranným uložením v ose A

6) Brzdy naklápěcích stolů Každý stůl musí obsahovat i brzdu pro zafixování obrobku v určité poloze. Samotný motor způsobuje určitý brzdný moment, ale ten je značně menší, než je moment kroutící. Brzdy jsou buď hydraulické, pneumatické nebo elektromagnetické. Volí se podle toho, jaký typ média mají okruhy ve stroji.



Str. 21

6.1) Hydraulická brzda Do červené komory, tvořené rozpínacím kroužkem a O kroužkem, se přivádí hydraulický olej. Vzniklý tlak působí na pružný žlutý kroužek a tlačí ho směrem vzhůru k zelenému pevnému kroužku. Díky tomu vzniká tření a brzdný moment cca. 3000 - 4000Nm za působení tlaku 8 - 12 MPa.[28]

Obr. 6.1 Hydraulická brzda[28]

6.2) Pneumatická brzda Vnitřní pružný kroužek je rozevřen, vzniká tření a brzdný moment. Stlačuje se tlakem vzduchu 0.4 - 0.6 MPa. S využitím technologie sekundárního vzduchu lze dosáhnout brzdného momentu až 6000Nm. Brzdný moment je ale závislý na průměru kotouče. Výhodou je, že brzda zůstane při výpadku proudu zabrzděná.[28]

Obr 6.2 Pneumatická brzda[28] 6.3) Elektromagnetická brzda Elektromagnetická brzda se skládá ze statorového těla, které obsahuje cívku, třecí plochu a připojovací kabel. Dále třecí disk, který je přitlačován pomocí pružin.



Str. 22

Brzda je zabrzděna a odbrzďuje se pomocí elektrického proudu, kdy vznikne mezera mezi třecím diskem a třecí plochou statoru 0,2-1mm.[30]

Obr. 6.3 Elektromagnetická brzda [30]

7) Výrobci naklápěcích stolů Na trhu je mnoho výrobců naklápěcích stolů. Nejvíce se výrobou zabývají firmy vyrábějící kompletní obráběcí stoje. Každý výrobce vymýšlí svoje technologie pro víceosé frézování. Naklápěcí stoly, dvouosé obráběcí hlavy, otočné stoly a jejich kombinace. 7.1) Parkson Firma parkson vyrábí doplňující příslušenství ke tříosému frézování v podobě otočných a naklápěcích stolů kompatibilní se všemi řídicími systémy. Naklápěcí stůl PAR-251. Průměr stolu 800 mm, celková výška ve vodorovném směru 365mm, celková délka 867 mm, průměr díry 42H7, šířka T-drážky 12H7, max. zatížení horizontální/vertikální 100/75 kg, celková váha 350 kg.[15]

Obr. 7.1 naklápěcí stůl PAR-251 [15]



Str. 23

7.2) Kovosvit MAS Firma Kovosvit se zabývá výrobou kompletních obráběcích strojů. Je to jedna z největších tuzemských firem. Naklápěcí stůl z pětiosého obráběcího centra MCV 1000 5AX. Průměr desky 520 mm a max. zatížení 400kg. Otočná osa A ±110°, otočná osa C 360°.[16]

Obr. 7.2 Naklápěcí stůl obráběcího centra MCV 1000 5AX [16]

7.3) Tajmac ZPS Firma Tajmac se rovněž zábývá výrobou kompletních obráběcích strojů. Hlavní sídlo má firma ve Zlíně-Malenovicích. Pětiosé obráběcí centrum MCV 1210 se dodává buď s 2-osou CNC hlavou, nebo s naklápěcím stolem (obr. 7.3). Průměr desky stolu 800mm, max. zatížení 500kg, otočná osa A ±95°, otočná osa C 360°.[2]

Obr. 7.3 Naklápěcí stůl v obráběcím centru MCV 1210 [2]



Str. 24

7.4) Haas automation Firma Haas automation je hlavním výrobcem obráběcích strojů v USA. Odpovídá tomu i její široká nabídka. Firma se zabývá jak výrobou celých obráběcích center, tak i jednotlivých komponentů jako doplňující příslušenství ke tříosému frézování. Stůl v obráběcím centru Hass UMC-750. Rozměry stolu 630x500 mm, max. zatížení 300 kg. Počet T drážek 7 a velikost 16mm. Rotace kolem osy B ±110°a rotace kolem osy C 360°.[17]

Obr. 7.4 Naklápěcí stůl v obráběcím centru Haas UMC-750[17]

8) Specifikace parametrů naklápěcího stolu 8.1) Předpokládané použití naklápěcího stolu Stůl bude využíván jako doplňující příslušenství ke tříosému obráběcímu centru. Pro stanovení potřebných zástavbových prostor vycházím z obráběcího centra MCFV 1680 od Zlínské firmy Tajmac-ZPS (Obr. 8.1)

Obr. 8.1 Obráběcí centrum MCFV 1680 firmy Tajmac-ZPS[21]



Str. 25

Vertikální obráběcí centrum MCFV 1680 pokrývá celou škálu technologií od silového po vysokorychlostní obrábění. Stroj je tvořen dvěma stacionárními odlitky – základnou a na ní upevněným stojanem. Všechny pohyby stroje jsou realizovány prostřednictvím lineárního vedení s valivými elementy. Jejich dimenze a umístění dovoluje vysoké zatížení stolu, suportu a vřeteníku při zachování vysoké přesnosti rozměrů a kvality obrobku i při přerušovaném řezu a také vysokou životnost stroje.[21] Technická data centra Tab. 8.1 technická data stroje[21] Po j e z d y Osa X (pracovní stůl) Osa Y (křížový suport) Osa Z (vřeteník) Vzdálenost čela vřetena od stolu Maximální pracovní posuv Rychloposuv Zrychlení Stůl Pracovní plocha Počet T-drážek × šířka × rozteč Maximální zatížení

1650 mm 810 mm 810 mm 110-920 mm 15 m/min 30 m/min 3,5 m/s2 1800 x 780 mm 5 x 18 mm x 160 mm 2500 kg

Předpokládám, že stůl bude používán převážně k obrábění tvarově složitých součástí rotačního i nerotačního charakteru z nelegovaných nízkouhlíkových ocelí, kdy je potřeba využívat řízenou 4 i 5 osu. Vlastnosti předpokládaného obráběného materiálu: Rm <630 Mpa HB 125-190 Měrná řezná síla Kc1 1500 N/mm2 Směrnice křivky Kc mc = 0,25 8.2) Maximální možné rozměry a hmotnost stolu 8.2.1) Rozměry obrobku

Maximální rozměr stolu a obrobku je dán ze zástavbového prostoru obráběcího centra. osa X – v ose X můžeme využít celkovou délku obráběcího stroje 1800 mm. Rozměr obrobku je v tomto směru limitován vzdálenostmi mezi naklápěcími pohony. osa Y – rozměr stolu v ose Y je maximálně 780 mm. Dále je nutné rozdělit pojezd 810 mm na poloviny, protože musíme brát v úvahu naklopení obrobku o 90°na obě strany a odečíst vzdálenost upínací plochy stolu od osy otáčení. Abychom dosáhli většího prostoru, využívá se posunutí upínací desky do osy naklápění stolu (Obr. 8.2)



Str. 26

Obr. 8.2 Uložení upínací desky do osy naklápění

osa Z – Maximální velikost obrobku je důležité volit, když je stůl v poloze 0°a ve vřetenu je upnut nejdelší nástroj tj. 300mm. Posuv v ose Z 810 mm a vzdálenost čela vřetena od pevného stolu je 110-920 mm. Z toho vyplývá, že maximální velikost stolu s obrobkem bude 620 mm. Maximální využitelný prostor pro stůl X: 1270 mm Y: 810 mm Z: 620 mm maximální rozměry obrobku – vzhledem k rotaci kolem osy A musí být maximální obrobek válcovitého tvaru. Limitující faktor je osa Y. Volím vyosení naklápění (Obr. 8.2). Při poloze 90°je maximální výška obrobku 405 mm. Při rotaci je ovšem limitující úhlopříčka na obrobku od osy otáčení do rohu, pří výšce obrobku 300 bude 347,1 Rozměry obrobku volím: průměr: 350 mm výška: 300 mm 8.2.2) Hmotnost stolu

Vycházím z maximálního zatížení stolu obráběcího centra a to je mmax_stolu = 2500 kg. Výpočet maximální hmotnosti stolu:

d max  350mm  0,35m z max  300mm  0,3m

 ocel  7850kg / m 3 mobrobku 

  d max 2 4

 z max   ocel  226,58kg

mmax  mmax_ stolu  mobrobku  2273,42kg Maximální hmotnost stolu s upínkami bez obrobku je 2273,42 kg.



Str. 27

9) Volba komponent naklápěcího stolu Tab. 9.1 Přehled volených komponent

komponenta důvod výběru volba obráběcího centra

Stůl bude volen jako doplňující příslušenství ke tříosému obráběcímu centru. Pro určení pracovních prostor vycházím z obráběcího centra MCFV 1680. Limitující pro stůl bude vždy osa y a z, protože v ose x jsou obráběcí centra dostatečně rozměrná.

pohon

Obráběcí stůl bude poháněn přímým motorem. Tento typ motorů volím ze zástavbových důvodů a důvodů přesnosti díky odstranění komponent mezi motorem vřetenem otáčení (naklápění). Dále vzhledem k ceně všech komponent potřebných u nepřímého pohonu, bude pohon přibližně stejně drahý.

uložení stolu

Stůl bude uložen v ose naklápění na obou stranách. Z důvodu volby obráběcího centra, kde prakticky není limitující faktor délka stolu. Dále z důvodu rozkladu sil do dvou ložisek uložení a možnosti dvou motorů, pro přenesení potřebného momentu.

ložisko

Ložisko volím pro osu otáčení speciální radiálně axiální včetně odměřovacího systému, vyráběné přímo pro otočné stoly. Totéž ložisko bude kvůli zachycení axiálních sil v jednotce naklápění. Dále do jednotky naklápění uvažuji jehlové radiální ložisko. To volím kvůli malým zástavbovým prostorům.

odměřovací systém

Odměřovací systém je součástí ložiska stolu. Ložisko obsahuje magnetický odměřovací systém pracující v přesnostech několika sekund stupně.

brzda stolu

Brzdu volím pneumatickou a to z důvodu malého zástavbového prostoru a dosahovaných velkých brzdných momentů. Dále také, protože volené obráběcí centrum obsahuje pneumatický okruh.

frézovací nástroj

Předpokládám, že na stolu toho typu bude docházet k dokončovacím operacím. V případě frézování tvarově složitých součástí (lopatky turbín apod.) bude obrobek nejprve vyhrubován na robustnějším stroji. Maximální průměr frézy k výpočtu bude tedy o průměru 80mm.

10) Konstrukce naklápěcího stolu 10.1) Výpočet maximálního zatížení při frézování Zatížení stolu musím počítat v poloze 0°, kdy na upínací desku působí tíhová síla FG od obrobku a zatížení technologických operací od vřetena Ff jako je čelní frézování, vrtání, vyvrtávání. Na ložisko otáčení působí axiální a na ložisko naklápění radiální síla.



Str. 28

Obr. 10.1 Obrobek v poloze 0°

Dále musím zvážit stav, kdy je obrobek nakloněn o 90°, kdy síly způsobují momenty. Na ložisko otáčení i naklápění působí síla radiální. Z momentů budu dimenzovat brzdný systém a výkony motorů.

a)

b)

Obr. 10.2 a)Obrobek natočený o 90° nerotačního charakteru b) obrobek natočený o 90°rotačního charakteru 10.1.1) Maximální předpokládané technologické zatížení

Do stroje se vleze maximální průměr nástroje 180mm. Předpokládám, že stůl bude určen především pro dokončovací účely nebo tvarově složité obrábění. Proto volím maximální průměr nástroje 80mm. Viz kap. 9. Vlastnosti předpokládaného obráběného materiálu: Rm <630 Mpa HB 125-190 Měrná řezná síla Kc1 1500 N/mm2 Směrnice křivky Kc mc = 0,25 Pro frézování volím frézu od firmy SECO fréza Midi Square 220.99-12-0080-12-6 -průměr frézy Dc=80mm -šířka záběru ae/Dc=100%=1 břitová destička SONX 120508TR-ME08 F40M -doporučený posuv fz=0,15-0,35mm/zub -řezná rychlost vc=220m/min


BAKALÁŘSKÁ PRÁCE -úhel nastavení ostří -maximální hloubka záběru -úhel záběru -úhel čela

k=90° ap=7mm ϕs=180° γ0=-6°

Výpočet střední tloušťky třísky hm:

Měrná řezná síla kc:

hm 

180  ae  f z  sin  a    Dc  arcsin  e   Dc 

180  80  0,35  sin(90)   80  arcsin(1) hm  0,23mm hm 

Str. 29

    1  0   100   6  k c  1500  0,230, 25  1    100  k c  2295,96 N / mm 2 k c  k c1  hm

 mc

Celková síla Fc: Fc  a p  k c  hm Fc  7  2295,96  0,23 Fc  3687,31N

Maximální síla působící na obrobek od nástroje je 3687,31N. 10.1.2) Výpočet maximálních sil

Počítám v případě naklopení 0°a 90° viz (obr. 10.1, obr. 10.2) F1max  Fc  mobrobku  g F1max  3687,31  226,58  9,81 F1max  5910,1N

Ložisko otáčení v ose C bude zatíženo maximální axiální silou 5910,1N + hmotnost upínacích částí a desky upínání, rotoru, brzdného systému atd. Když dojde k naklopení stolu o 90°tak bude na ložisko působit stejně velká, ale radiální síla 5910,1N. Ložiska naklápění v ose A budou zatížená radiální silou 5910,1N navýšena hmotností jednotky otáčení, nosné konstrukce jednotky otáčení a některými součástmi jednotky naklápění. Osa A bude zatěžována i axiální silou a to v případě, že budeme obrábět obrobek nerotačního charakteru obr. 10.2a. Síla přenesená do axiálního směru bude rovna maximální technologické síle 3687,31N. 10.1.3) Výpočet maximálních momentů

Při frézování dále vzniknou momenty M1, MK1 a MK2. Předpokládaný maximální moment bude v případě natočení stolu 90°(obr. 10.2a).



V poloze naklopení 0° a za předpokladu, že nástroj průměru 80mm bude obrábět při vnějším okraji obrobku dmax, bude moment M1 vyvíjen od síly na ramenu r (obr. 10.3).

Obr. 10.3 Tečné frézování v poloze 0°

r  (d max  Dc ) / 2 r  135mm  0,135m M 1  r  Fc M 1  497,79 Nm V poloze naklopení 90° budu počítat moment způsobující technologické síly na osu C a technologické síly se sílami tíhovými na osu A. Viz obr (10.2). M K 2  Fc  z max  mobrobku  g  z max 

1 2

M K 2  3687,31 0,3  226,58  9,81 0,3  M K 2  1439,61Nm

M K 1  Fc  d max  1 2

1 2

M K 1  3687,31  0,35 

1 2

M K 1  645,28 Nm

10.1.4) Výpočet momentů setrvačnosti

Pro stanovení potřebných momentů při polohování obrobku, je potřeba spočítat momenty setrvačnosti k osám otáčení. Do momentu setrvačnosti se nebude promítat jen obrobek, ale i ostatní části stolu jako brzda, upínací deska stolu a ostatní součásti. Protože komponenty stolu ještě nemám navrhnuty, budu počítat pouze moment setrvačnosti obrobku. Osa naklápění A leží na hranici upínací desky, jak je uvedeno na obr. 9.2. Proto musím využít Steinerovu větu pro posunutí z osy ve středu válce.



Str. 31

Moment setrvačnosti k ose otáčení C: 1 J obrC  mr 2 2 1 2 J obrC  d max m 8 1 J obrC   0,35 2  226,58 8 J obrC  3,47 kg  m 2 Moment setrvačnosti k ose naklápění A:

Obr. 10.4 Moment setrvačnosti k ose kolmé na osu válce a k ose válce[23] [24] 2 2 2  1  d  z z  J obrA  m    max   max   m   max  4   2  3   2  2   0,35  2 0,32  1  0,3    J obrA  226,58     226,58      2   4 3 2    

J obrA  13,63kg  m 2 10.1.5) Výpočet potřebného momentu pro polohování

Od výrobce Tajmac-ZPS z obráběcího centra MCV-1210 jsem zjistil maximální rychlosti polohování v daných osách. Maximální rychlost naklápění kolem osy A Maximální rychlost otáčení kolem osy C

max. 25/min-1 max.100/min-1 [17]

Maximální otáčky, jsou uvedeny v provozu, nelze tedy počítat čas o úhel natočení z těchto otáček. Musíme brát v úvahu malou prodlevu k dosažení maximálních otáček z klidového stavu. Volím proto tedy pro potřebný moment: Požadované natočení stolu: Za čas t: osa A: osa C:

90° 0,7s 0,3s



Str. 32

1 2  m  2 s  t 2

s   m  t 2

 mA    0,7 2  mA  6,41rad  s 2  mC    0,32  mC  34,9rad  s 2 Moment potřebný k polohování Kolem osy A:

Kolem osy C:

M  J 

M mC  J obrC   mC

M mA  J obrA   mA

M mC  3,47  34,9

M mA  13,63  6,41

M mC  121,1Nm

M mA  87,37 Nm

Přehled potřebných momentů jsem zapsal v tabulce Tab. 10.1. Tab. 10.1 přehled spočítaných momentů Zatížení Osa A [Nm] Osa C[Nm] Frézování poloha 0°

497,79

Frézování poloha 90°

1439,61

645,28

Polohování

87,37

121,1

Maximální zatížení

1526,98

766,38

10.2) Výběr a kontrola pohonů 10.2.1) Výběr pohonu otáčení

Ze spočítaných potřebných momentů nyní můžu volit motor. Vybíral jsem motor od tří společností a to Bosch, Siemens a Etel. Případné motory od společností jsem pro přehled uvedl do tabulky 10.2. Nejdůležitější rozměr je rozměr statoru. Vybírám z motorů s průměrem statoru 310mm. Dále uvažuji, že moment 766,38 Nm bude vyžadován jen krajně, proto špičkový moment motoru by neměl zbytečně o mnoho přesahovat daný moment.


BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Tab. 10.2 přehled možných motorů jednotky otáčení[25][26][27] Výrobce

Typ

ØA

B

ØC

Váha

Špičkový

Brzdný

moment

moment

[Nm]

[Nm]

31,3

878

?

25,1 11,6

1150

?

27,1

831

357

[mm] [mm] [mm] Stator Rotor [kg]

1FW6130Siemens 0PB10310 140 200 1JC2 Bosch Etel

MST290E310 190 200 0004 TMB0291310 150 200 100

[kg]

6,9

Aby nebyl motor zbytečně předimenzovaný, volím motor od společnosti Etel, konkrétně Etel TMB0291-100 vodou chlazený, protože má nejvýhodnější hodnotu kroutícího momentu z uvedených motorů při přijatelné délce statoru 150 mm.[27]

Obr. 10.5 Momentová charakteristika motoru [27] 10.2.2) Výběr pohonu naklápění

Zvolil jsem oboustranné uložení stolu v ose A, můžu tedy moment potřebný k naklápění rozdělit mezi dva shodné motory. Potřebný moment k naklápění 1526,98Nm, je takřka dvojnásobný, jako je moment potřebný k otáčení. Volím dva stejné motory, jako jsou pro jednotku otáčení Etel TMB0291-100 vodou chlazený. V úvahu připadala možnost oboustranného uložení s motorem pouze na jedné straně obr. 7.4, ale varianta dvou motorů vzhledem k potřebnému momentu mi připadá výhodnější. Volba tří stejných motorů a hlavně od stejného výrobce by mohla vést k jednoduché synchronizaci ovládání. 10.3) Výběr a kontrola ložisek Ložiska budou kromě sil technologických a síly od hmotnosti obrobku, zatížena ještě silami od hmotnosti komponent. V tabulce 10.3 uvádím pro přehled maximální silové působení. Osa C:

hmotnost rotoru motoru: hmotnost vřetena otáčení: silové působení

6,9 kg <70 kg 76,9  9,81 = 754,4 N


BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Osa A:

hmotnost celé jednotky otáčení: <250 kg hmotnost rotorů motorů 2  6,9 = 13,8 kg silové působení 263,8  9,81 = 2587,9 N

Tab. 10.3 Zhodnocení silového zatížení Osa A [N] zatížení radiální axiální

radiální

hmotnost obrobku

2222,75

2222,75 2222,75

technologické síly

3687,31 3687,31 3687,31 3687,31

Osa C [N] axiální

hmotnost rotoru

203,1

67,7

67,7

hmotnost vřetena otáčení

686,7

686,7

686,7

hmotnost jednotky otáčení

2452,5

celkové max. silové zatížení

9252,36 3687,31 6664,46 6664,46

10.3.1) Výběr ložiska pro osu otáčení C

V ose C bude podle natočení obrobku v 0°nebo 90° působit axiální nebo radiální síla. Síla v průběhu naklápění stolu přechází s axiální do radiální. Protože vybraný výhodný motor od firmy Etel nemá integrované odměřovací zařízení, volím ložisko s integrovaným magnetickým odměřovacím zařízením od firmy Schaeffler a konkrétně ložisko YRTM 200.

Obr. 10.6 Ložisko YRTM od firmy Schaeffler Tab. 10.4 Vlastnosti ložiska YRTM 200 [14] d[mm] D[mm] H[mm] Ca[N]

200

300

45

Cr[N]

C0a[N]

C0r[N]

98000 89000 650000 236000


BAKALÁŘSKÁ PRÁCE 10.3.2) Výpočet trvanlivosti ložiska jednotky otáčení

hodinová trvanlivost ložiska

Lh10

Pro výpočet potřebujeme znát: dynamická únosnost ložiska mocnitel pro válečkové ložisko ekvivalentní dynamické zatížení střední otáčky

C[N] p P[N] nm[min-1]

p pro válečková ložiska: nm střední otáčky volím o něco nižší, než jsou maximální:

10/3 80 min-1

p

Lh10

6  C  10 nm hod     P  60

P = X  Fr + Y  Fa Pro válečkové ložisko přenášející radiální zatížení je dáno: X = 1 Y = 0 P = X  Fr = Fr Pro válečkové ložisko přenášející axiální zatížení je dáno: X = 0 Y = 1 P = X  Fa = Fa

Pro radiální zatížení tedy platí P = Fr1 = 6664,46N p

6  C  10 Lh10   r   P  60nm 10

Lh10 Lh10

 89000  3 10 6    6664,46  60  80  1,2  10 6 hod

A pro axiální zatížení platí P = Fa1 = 6664,46N p

Lh10

6  C  10  a  P  60nm 10

Lh10 Lh10

 98000  3 10 6    6664,46  60  80  1,6  10 6 hod



Hodinová únosnost ložiska je dostatečná pro radiální i axiální zatížení, možná i předimenzovaná. Ale ložisko ponecháme vzhledem k jeho rozměrům D a d, které jsou vhodné ke konstrukci jiných součástí. 10.3.3) Výběr ložisek pro osu naklápění A

V ose naklápění A budou působit také radiální i axiální síly. Velikost axiální síly je pouze technologická. K radiálnímu zatížení kromě technologického připočteme zatížení od hmotnosti komponent celé jednotky otáčení a hmotnost obrobku. Díky zvolenému uložení stolu v ose A se síly rozloží mezi dvě ložiska. Na jedné straně volím stejné ložisko, jako je v ose C, kvůli odměřovacímu systému, zmíněným axiálním silám a rozměru d ložiska, a to YRTM 200. Na druhé straně volím ložisko čistě pro radiální zatížení. Vybírám opět od firmy Schaeffler jehlové ložisko RNA 4838. 10.3.4) Výpočet trvanlivosti ložisek jednotky naklápění Tab. 10.5 Vlastnosti ložiska RNA 4838 [14] Fw[mm] D[mm] C[mm] rmin[mm]

210

240

50

1,5

Cr[N]

C0r[N]

255000

690000

Z údajů v tab. 10.4 a tab. 10.5 spočítáme opět hodinovou trvanlivost ložisek. Pro axiální zatížení platí P = Fa2 = 3687,31N. V radiálním směru se celková síla rozloží mezi obě ložiska. Pro výpočet předpokládám, že stejně, čili P = Fr2/2 = 4626,18N. nm střední otáčky volím opět o něco nižší, než jsou maximální: Ložisko YRTM 200 p

6  C  10 Lh10   r   P  60nm 10

 89000  3 10 6 Lh10     4626,18  60  20 Lh10  15,9 10 6 hod

p

6  C  10 Lh10   a   P  60nm 10

 98000  3 10 6 Lh10     3687,31  60  20 Lh10  46,69 10 6 hod

20 min-1


BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Ložisko RNA 4852 p 6  C r  10 Lh10     P  60nm 10

 255000  3 10 6 Lh10     4626,18  60  20 Lh10  531,1 10 6 hod Ložisko RNA 4838 bude zbytečně předimenzované, ale volím ho, protože je levnější než axiálně radiální ložisko a kvůli rozměru Fw je vhodné. 10.4) Výběr brzdy Stůl musí být brzděn v ose otáčení a v ose naklápění. Volím pneumatickou brzdu, protože obráběcí centrum disponuje potřebným tlakem v pneumatickém obvodu a vzhledem k jejím rozměrům. Volím pneumatickou brzdu od firmy Hema RC 220N. Tab. 10.6 Vlastnosti brzdy RC 220 N [28] D1 Průměr D2 [mm] hřídele [mm] RC 220 N [mm] 220

220

D3 [mm]

B [mm]

E [mm]

F [mm]

330

348

20

157

163

n počet a [mm] fixovacích šroubů M6

t1 *°+ t2 *°+

brzdný moment při 0 Bar Pn = 6 Bar

brzdný moment se sekundárním okruhem při 0 Bar Pn = 6 Bar

brzdný moment při 0 Bar Pn = 4 Bar

brzdný maximální moment se hmotnost sekundárním [kg] okruhem při 0 Bar Pn = 4 Bar

16

30

930

1680

651

1176

6

15

8,3



Str. 38

Brzda bude muset způsobit větší moment, než je maximální moment v ose A a ose C. Maximální monety jsou 1526,98 Nm a 766,38 Nm (viz. Tab. 10.1). Brzdy se zapojují buď do jednoho okruhu, nebo se připojuje i druhý sekundární okruh. Pro osu otáčení tedy volím brzdu s jedním okruhem odbrzděnou při 0,6 MPa, která má brzdný moment 930 Nm. Pro osu naklápění A volím brzdu se sekundárním okruhem odbrzděnou tlakem 0,6 MPa s brzdným momentem 1680Nm. 10.5) Jednotka otáčení Kroutící moment z rotoru prstencového motoru na vřeteno otáčení je převeden pomocí obráběného disku. Disk je na vřeteno nalisován s malým přesahem, aby nedocházelo k rázům. Disk je k rotoru motoru přišroubován 24 šrouby. V nosném koši, zadním víku a krytu ložiska a brzdy, jsou otvory, pro přívod kabeláže, chladící kapaliny a pneumatického okruhu. Upínací deska je k vřetenu přišroubována 8 šrouby M8. Tyto šrouby jsou pouze pojistné, protože kroutící moment přenáší Hirthovo ozubení.

Obr. 10.7 Jednotka otáčení osa C

10.6) Jednotka naklápění Pravá strana jednotky naklápění se skládá ze stejných komponent jako jednotka otáčení, pouze je použito jiné vřeteno a výkonnější brzda, ovšem se stejnými rozměry. Levá strana neobsahuje brzdu a místo axiálně radiálního ložiska pouze ložisko radiální jehlové.



Str. 39

Obr. 10.8 Jednotka naklápění osa A

10.7) Celková sestava naklápěcího stolu Z celkových rozměrů stolu je zřejmé, že stůl je vhodný pro obráběcí centrum. Ovšem nastává tu jedno omezení. Při upnutí obrobku výšky 300, nelze použít frézovací nástroj délky 300mm. Naklápěcí stůl je k pevnému stolu připevněn 8 šrouby. Celková hmotnost stolu je přibližně 850 kg. Jednotka natáčená osa A a jednotka otáčení osa C jsou sešroubovány 6 šrouby M8 a 6 kolíky 8H7 s vnitřním závitem pro možnou montáž a demontáž. Kolíky byly použity pro vystředění, a aby nebyl kroutící moment přenášen závity šroubu.

Obr 10.9 Celková sestava stolu


BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Rozměry stolu

X: 1129 Y: 350 Z: 355

10.8) Přehodnocení zvolených parametrů Všechny komponenty byly zvoleny vhodně a stůl se vleze do požadovaných prostor. Jediný problém nastává u výběru brzdy. Brzda má sice malé zástavbové prostory a dosahuje vysokého brzdného momentu, ale je nutné jen kvůli ní přivádět vzduchové médium na jednotku naklápění i otáčení. Jako další možnost proto volím brzdu elektromagnetickou od firmy UFB, provedení 202. Tab. 10.7 Vlastnosti elektromagnetické brzdy UFB [31] velikost

ØA1

ØA2

ØA3

ØA4

ØA5

ØD

ØV1

ØV2

ØV3

H

Nm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm mm

625

320

355

160

335

156

250

4x16,2

J

K1

L

M

N

O

mm

mm

mm

mm

mm

mm

14

160

60

64

5

9

4x28 4x26 44 Y

ag

mm mm 4x11

1

Prstenový motor způsobuje brzdný moment 357 Nm a zvolená brzda 625 Nm. Celkový brzdný moment tedy je dostačující pro jednotku otáčení. V jednotce naklápění uvažuju brzdy na obou stranách uložení, poté je brzdný moment také dostačující. 10.9) Jednotka otáčení po přehodnocení Díky tomu, že je brzda uložena na „spodní straně“ nosného koše, lze upínací desku sloučit s vřetenem a udělat z jednoho kusu. Brzda je ke statoru přichycena 4 šrouby M10 a 4 kolíky 10H7. Kolíky slouží pro vystředění a pro přenos momentu, který nemůže být přenášen závity na šroubu. Disk brzdy je přišroubován k vřetenu pomocí 12 šroubů M6. Moment se přenáší tvarovým stykem. U konstrukce tohoto typu je upínací deska součástí vřetena a je zde voleno jiné drážkování než u



Str. 41

předchozí konstrukce. Průměr upínací desky je 385mm, aby bylo možné bezpečně upnout obrobek průměru 300mm.

Obr. 10.10 Jednotka otáčení po přehodnocení

10.10) Jednotka naklápění po přehodnocení Komponenty v pravé straně jsou kromě vřetena totožné s jednotkou otáčení. V levé straně je použito pouze radiální ložisko, protože axiální síly přenese spolehlivě axiálně radiální ložisko v pravé části.

Obr. 10.11 Jednotka naklápění po přehodnocení



Str. 42

10.11) Celková sestava stolu po přehodnocení Spojení jednotky otáčení a naklápění bude provedeno opět pomocí kolíků a šroubů. Bude použito 6 šroubů M10 a 6 kolíků 10H7 kvůli vystředění a přenos kroutícího momentu. Budou použity kolíky s vnitřním závitem pro případnou demontáž. Hmotnost celého stolu je přibližně 900 kg.

Obr 10.12 Sestava stolu po přehodnocení

Rozměry stolu

X: 1398 Y: 360 Z: 372



Str. 43

11) Závěr Předpokládám využití obráběcího stolu pro dokončovací procesy a obrábění tvarově složitých součástí. Obrobky se nejprve vyhrubují na výkonnějším a nepřesnějším obráběcím stroji, proto jsem při výpočtu maximální technologické síly uvažoval frézu o průměru 80mm. Oba navržené naklápěcí stoly vyhovují z hlediska požadovaného kroutícího momentu, zpevňovacího systému a trvanlivosti ložisek pro manipulaci s obrobkem i pro samotné frézování. Stůl vyhovuje i z hmotnostního hlediska. U podobných obráběcích center jako u zvoleného centra by mohla být hmotnost stolu včetně upínek až kolem 2000kg. Nemusí vyhovovat v případě, kdy bude používán pro hrubování obrobku frézou větší, než je průměr 80mm, kdy bude docházet k větším kroutícím momentům, a při upnutí obrobku maximálních zvolených rozměrů. Při upnutí obrobku maximálních rozměrů nesmí být použita možná maximální délka nástroje na obráběcím centru, které bylo zvoleno pro stanovení prostor, protože by mohlo dojít ke kolizi obrobku a nástroje. Stůl s elektromagnetickou brzdou disponuje většími rozměry a nižším brzdným momentem. Zásadní výhodou je elektrický pohon. Elektrický pohon musí být instalován na jednotku otáčení i naklápění kvůli pohonu motorů. Nebyl by problém v připojení brzdy. Stůl s pneumatickou brzdou disponuje menšími celkovými rozměry a vyšším brzdným momentem. Nevýhodou je přivádět další pohonné médium a upínací deska spojena šrouby přes Hirthovo ozubení. Nakonec bych se rozhodl pro výrobu stolu s elektromagnetickou brzdou. Stůl je rozměrnější v ose Z. Konstrukce bude z hlediska přesnosti náročnější, aby součásti lícovaly, ovšem hlavní výhoda je absence dalšího nutného média a menší počet komponent. Stůl tedy může být použit i na jiných obráběcích centrech, které nemají požadovaný tlak nutný pro funkci pneumatické brzdy.



Str. 44

12) Seznamy 12.1) Seznam použité literatury [1]

Popis jednotlivých částí stroje. In: Moostrading [online]. 2014 [cit. 20.5.2014]. Dostupné z:http://www.moostrading.cz/popis_centra.pdf

[2]

Portálové obráběcí centrum MCV 1210. Tajmac-ZPS [online]. 2014 [cit. 2014-05-20]. Dostupné z:http://www.tajmac-zps.cz/cs/MCV-1210

[3]

MASMachineTools [online]. 2014 [cit. 2014-05-20]. Dostupné z: http://www.masmachinetools.com/files/styles/galleryformatter_slide/public/features/ro tacni-osy-mcu1100-1.jpg

[4]

KNOBLOCH, Josef. Elektromechanické pohonové soustavy obráběcích strojů. Brno, 2009. 44 s. Bakalářská práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství.

[5]

Prstencové motory. MM Spektrum [online]. 2001, č. 12 [cit. 2014-05-20]. Dostupné z:http://www.mmspektrum.com/clanek/prstencove-motory.html

[6]

Torque motors do the trick. In: Machinedesign [online]. 2003 [cit. 20.5.2014]. Dostupné z:http://machinedesign.com/motorsdrives/torque-motors-do-trick

[7]

Rygl, O. Konstrukce otočného stolu obráběcího stroje. Brno: Vysoké učení technické v Brně, fakulta strojního inženýrství, 2011. 37 s. Vedoucí bakalářské práce doc. Ing. Petr Blecha,Ph.D.

[8]

Magnetické a optické snímače polohy. MM Spektrum [online]. 2007, č. 3 [cit. 2014-05-20]. Dostupné z: http://www.mmspektrum.com/clanek/magneticke-aopticke-snimace-polohy.html

[9]

Magnetické snímače polohy. MM Spektrum [online]. 2004, č. 9 [cit. 2014-05-20]. Dostupné z:http://www.mmspektrum.com/clanek/magneticke-snimace-polohy.html

[10]

AS5304 and AS5306 Magnetic Motion Encoder ICs – austriamicrosystems. In: Embedded-system[online]. 2008 [cit. 2014-05-20]. Dostupné z: http://embeddedsystem.net/as5304-as5306-magnetic-motion-encoder-ic.html

[11]

Rotační snímače. MM Spektrum [online]. 2003, č. 9 [cit. 2014-05-20]. Dostupné z: http://www.mmspektrum.com/clanek/rotacni-snimace.html

[12]

Snímače mechanických veličin. Automatizace [online]. 2008 [cit. 2014-05-20]. Dostupné z:http://skriptum.wz.cz/autom/poloha.htm

[13]

Ložiska pro výkonné výrobní stroje. MM Spektrum [online]. 2006, č. 12 [cit. 2014-05-20]. Dostupné z: http://www.mmspektrum.com/clanek/loziska-provykonne-vyrobni-stroje.html

[14]

Schaeffler [online]. 2014 [cit. 2014-05-20]. Dostupné z: http://www.schaeffler.cz/content.schaeffler.cz/cs/products_services/products_services. jsp



Str. 45

[15]

Wiktori [online]. 2014 [cit. 2014-05-20]. Dostupné z: http://www.wiktori.cz/cs/43oto%C4%8Dno-sklopn%C3%A9-stoly-%C5%99ady-par-130-351.html

[16]

Vertikální obráběcí centra. Kovosvit[online]. 2014 [cit. 2014-05-20]. Dostupné z: http://www.kovosvit.cz/upload/products/pdf/mcv-1000-5ax-1384870582.pdf

[17]

Hass Automation. [online]. 2014 [cit. 2014-05-20]. Dostupné z: http://int.haascnc.com/home.asp?intLanguageCode=1033

[18]

Hermle. [online]. 2013 [cit. 2014-05-20]. Dostupné z: http://www.hermle.de/index.php?1347a10286

[19]

Ausführungen. LEHMANN[online]. 2013 [cit. 2014-05-20]. Dostupné z: http://www.lehmann-rotary-tables.com/de/591/?oid=1546&lang=de

[20]

Tilting rotary tables. KOMA[online]. 2014 [cit. 2014-05-20]. Dostupné z: http://www.komaprecision.com/Tsudakoma%20Tilting%20Rotary%20Tables.shtml

[21]

MCFV-1060. Tajmac-ZPS[online]. 2014 [cit. 2014-05-20]. Dostupné z: http://www.tajmac-zps.cz/cs/MCFV-1060

[22]

SECO [online]. 2014 [cit. 2014-05-20]. Dostupné z: http://ecat.secotools.com/Default.htm

[23]

Příklady momentů setrvačnosti. Fyzweb[online]. 2010 [cit. 2014-05-20]. Dostupné z: http://fyzweb.cuni.cz/dilna/krouzek/k23.htm

[24]

Momenty setrvačnosti. Ústav aplikované fyziky a matematiky univerzity v Pardubicích [online]. 2010 [cit. 2014-05-20]. Dostupné z: http://kf.upce.cz/dfjp/Momenty_setrvacnosti.pdf

[25]

Torque motors. Bosch[online]. 2014 [cit. 2014-05-20]. Dostupné z: http://www.boschrexroth.com/dcc/Vornavigation/VorNavi.cfm?Language=EN&VHist =g97568,g96068&PageID=p146807

[26]

Torque motors. Siemens[online]. 2014 [cit. 2014-05-20]. Dostupné z: https://mall.industry.siemens.com/mall/en/WW/Catalog/Product/1FW6130-0PB101JD2

[27]

Torque motors. Etel[online]. 2014 [cit. 2014-05-20]. Dostupné z: http://www.etel.ch/torque-motors/tmb/specifications/

[28]

RotoClamp. Hema[online]. 2014 [cit. 2014-05-20]. Dostupné z: http://www.equinotec.com/galeria/produtos/pdf/Rotoclamp.pdf

[29]

Rotační (úhlové) snímače polohy. Reinshaw[online]. 2014 [cit. 2014-05-20]. Dostupné z:http://www.renishaw.cz/cs/rotacni-uhlove-snimaci-systemy-svelmi-vysokoupresnosti--6476

[30]

Elektromagnetic breaks. Suco[online]. 2014 [cit. 2014-05-20]. Dostupné z: http://www.suco.de/Antriebstechnik.htm

[31]

Elektromagnetické brzdy. UFB[online]. 2014 [cit. 2014-05-20]. Dostupné z: http://www.elektromotory-prevodovky.cz/Elektromagneticke-brzdyspojky/Elektromagneticke-brzdy-UFB/



Str. 46

12.2) Seznam použitých symbolů a zkratek Rm HB Kc1 mc mmax stolu dmax zmax rocel mobrobku mmax Ff Dc Ae/Dc fz vc k ap ϕs γ0 hm kc Fc F1 max M1 Mk1 Mk2 Jobr C Jobr A αmA αmC MmA MmC Lh10 C P p nm Fr Fa

Mez pevnosti materiálu Tvrdost materiálu Měrná řezná síla Směrnice přímky Kc Maximální zatížení stolu Maximální průměr obrobku Maximální výška obrobku Hustota oceli Hmotnost obrobku Maximální možná hmotnost naklápěcího stolu Síla od vřetena Průměr frézy Šířka záběru Doporučený posuv Řezná rychlost Úhel nastavení ostří Maximální hloubka řezu Úhel záběru Úhel čela Střední tloušťka třísky Měrná řezná síla Maximální technologická síla Maximální působící síla Moment kolem osy C při tečném frézování Maximální možný moment kolem osy C Maximální možný moment kolem osy A Moment setrvačnosti k ose C Moment setrvačnosti k ose A Maximální úhlové zrychlení v ose A Maximální úhlové zrychlení v ose C Maximální moment k polohování kolem osy A Maximální moment k polohování kolem osy C Hodinová trvanlivost ložiska Dynamická únosnost ložiska Ekvivalentní dynamické zatížení Mocnitel ložiska Střední otáčky Radiální síla Axiální síla

Mpa N/mm2 kg mm mm kg/m3 kg kg N mm % mm/zub m/min ° mm ° ° mm N/mm2 N N Nm Nm Nm kg/m2 kg/m2 rad/s rad/s Nm Nm hod N N min-1 N N



Str. 47

12.3) Seznam obrázků Obr 1.1 Obr. 1.2 Obr. 1.3 Obr. 2.1 Obr. 2.2 Obr. 2.3 Obr. 2.4 Obr. 3.1 Obr. 3.2 Obr. 3.3 Obr. 3.4 Obr. 4.1

Obr. 5.1 Obr. 5.2 Obr. 6.1 Obr. 6.2 Obr. 6.3 Obr. 7.1 Obr. 7.2 Obr. 7.3 Obr. 7.4 Obr. 8.1 Obr. 8.2 Obr. 10.1 Obr. 10.2 Obr. 10.3 Obr. 10.4 Obr. 10.5 Obr. 10.6 Obr. 10.7 Obr. 10.8 Obr. 10.9 Obr. 10.10 Obr. 10.11 Obr. 10.12

Otočný stůl pro 4-osé frézování Naklápěcí stůl pro 5-osé frézování Osy na naklápěcím stolu Schéma prstencového motoru Vlastnosti soukolí firmy Koma Profil zubu soukolí Koma Šnekové soukolí firmy Koma Snímač LM13 a prstenec Princip magnetického odměřování Princip optického snímače přírůstkového Kotouč absolutního optického snímače a)axiálně radiální válečkové ložisko YRT b)axiální ložisko s kosoúhlým stykem ZKLDF c)axiálně radiální ložisko válečkové s integrovaným měřícím systémem YRTM Naklápěcí stůl v oboustranném uložení osy A Stůl firmy Lehmann s jednostranným uložením v ose A Hydraulické brzda Pneumatická brzda Elektromagnetická brzda Naklápěcí stůl PAR-251 Naklápěcí stůl obráběcího centra MCV 1000 5AX Naklápěcí stůl v obráběcím centru MCV 1210 Naklápěcí stůl v obráběcím centru Haas UMC-750 Obráběcí centrum MCF 1680 firmy Tajmac-ZPS Uložení upínací desky do osy naklápění Obrobek v poloze 0° a)Obrobek natočený o 90° nerotačního charakteru b) obrobek natočený o 90°rotačního charakteru Tečné frézování v poloze 0° Moment setrvačnosti k ose kolmé na osu válce a k ose válce Momentová charakteristika motoru Ložisko YRTM od firmy Schaffler Jednotka otáčení osa C Jednotka otáčení osa A Celková sestava stolu Jednotka otáčení po přehodnocení Jednotka naklápění po přehodnocení Sestava stolu po přehodnocení


BAKALÁŘSKÁ PRÁCE 12.4) Seznam tabulek Tab. 3.1 Tab. 8.1 Tab. 9.1 Tab. 10.1 Tab. 10.2 Tab. 10.3 Tab. 10.4 Tab. 10.5 Tab. 10.6 Tab. 10.7

Porovnání snímačů Technická data stroje Přehled volených komponent Přehled spočtených momentů Přehled možných motorů pro jednotku otáčení Zhodnocení silového zatížení Vlastnosti ložiska YRTM 200 Vlastnosti ložiska RNA 4838 Vlastnosti brzdy RC 220 N Vlastnosti elektromagnetické brzdy UFB

12.5) Seznam příloh 12.5.1) Seznam tištěných příloh Výkres sestavy naklápěcího stolu 12.5.2) Seznam elektronických příloh na CD Výkres sestavy naklápěcího stolu 3D modely navržených naklápěcích stolů ve formátu .step 3D modely navržených naklápěcích stolů ve formátu .iam

Str. 48

KONSTRUKCE NAKLÁPĚCÍHO STOLU PRO PĚTIOSÉ FRÉZOVÁNÍ

Recommend Documents