MEGMUNKÁLÁSI TECHNOLÓGIÁK AJ005_2. Forgácsoló szerszámgépek

SZÉCHENYI ISTVÁN EGYETEM GYŐR

MEGMUNKÁLÁSI TECHNOLÓGIÁK AJ005_2 Gépészmérnöki (BSc) szak Járműmérnöki (BSc) szak

Forgácsoló szerszámgépek 3-4. előadás Összeállította: Dr. Pintér József


Forgácsoló szerszámgépek

Kinematikai alapok, mozgások A forgácsoló szerszámgépek feladata: alkatrészek (munkadarabok) előállítása forgácsoló alakítással. során a szerszámgép viszonylagos (relatív) mozgást hoz létre a szerszám és a munkadarab között oly módon, hogy a szerszám behatol a munkadarabba. A

megmunkálás

SZERSZÁM-MUNKADARAB relatív elmozdulása  egyenesvonalú (Transzlációs)  forgó (Rotációs) mozgások rendszerével



A forgácsoló szerszámgép két egymáshoz képest elmozdulni képes részegysége a hozzájuk rögzített szerszámmal és munkadarabbal előírt relatív mozgást valósít meg. Ez jelentős erőhatást ébreszt, ami forgács formájában választja le a munkadarabról a szerszám él által súrolt felület és a munkadarab felülete közötti térrészben lévő anyagot (a ráhagyást).



Forrás: Dr. Horváth Mátyás-Dr. Markos Sándor: Gépgyártástechnológia Műegyetemi Kiadó



MOZGÁSOK főmozgás mellékmozgás beállító mozgások A korszerű szerszámanyagok viszonylag nagy (több száz m /min értékű) forgácsolási sebességet tesznek lehetővé, ilyen nagyságrendű sebességet csak forgó mozgással célszerű előállítani. A nagy sebességű forgó mozgást (a főmozgást) a szerszámgép főorsója végzi.



Esztergaszerű szerszámgépeknél ezt a főmozgást a munkadarab, marógépek, fúrógépek, stb. esetében pedig a szerszám végzi. (A főmozgás lehet egyenes vonalú is, még műkődnek szép számmal egyenes vonalú főmozgást végző gyalugépek és vésőgépek, továbbá igen korszerű üregelő szerszámgépek is).

SZÉCHENYI ISTVÁN EGYETEM Forgácsoló szerszámgép mozgásrendszer alaptípusok GYŐR

A forgácsoló szerszámgépek hajtóművei eleinte un. fokozatos hajtóművek voltak, amelyek fordulatszámai, illetve előtolásuk csak meghatározott, diszkrét értékeket vehettek fel. Így például a fokozatos főhajtóműveknél a v forgácsolási sebesség optimális értékét csak egy bizonyos hibával lehetett magvalósítani. Egyszerűen belátható, hogy ez a hiba, a relatív sebességveszteség (Δvmax) akkor állandó, ha a fordulatszámsor mértani sor.

FŐMOZGÁS létesítése Főhajtómű fokozatos hajtóművek  diszkrét fordulatszámok  fordulatszámsor  mértani sor


Sebesség sor

Szerszámgépek kinematikai felépítése

Ha v mértani sor, akkor Δvmax=állandó

v = d.π.n

vmax  1 

Szabványosított értékek (MSZ2345) Forrás: Dr. Horváth Mátyás-Dr. Markos Sándor: Gépgyártástechnológia Műegyetemi Kiadó

1



 áll.

SZÉCHENYI ISTVÁN EGYETEM Forgácsoló szerszámgép mozgásrendszer alaptípusok GYŐR

φ  fokozati tényező, mértani sor sorhányadosa,  R 20  20 10  1,12 Szabványos sor  1,12; 1,25; 1,4; 1,6; 2 Ezekhez: Δvmax = 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 nmax (azaz 10%; 20%; 30%; 40% és 50%) Sz  n relatív sebességveszteség n min tartozik! Fordulatszám szabályozhatóság: Fokozatnélküli hajtóműveknél: φ=1



Hatfokozatú fogaskerekes hajtómű kinematikai vázlata és fordulatszám ábrája Forrás: Dr. Horváth Mátyás-Dr. Markos Sándor: Gépgyártástechnológia Műegyetemi Kiadó



A hajtóművek fordulatszámainak szemléletes ábrázolására szolgál a fordulatszámábra. Miután a fordulatszámsor mértani sor, ezért egy log φ beosztású skálán a hajtómű "kimeneti" fordulatszámai, az egyes részhajtóművek közbenső fordulatszámai, illetve a részhajtóművek kapcsolódása szemléletes formában ábrázolható  ábra. A 3, illetve 2 fokozatú részhajtóműveket az ábrán A, illetve B betű jelöli. Az egyes ki fogaskerék áttételeket a φ fokozati tényező hatványaival is ki lehet fejezni.



Főhajtómű terhelhetőségi diagramja Forrás: Dr. Horváth Mátyás-Dr. Markos Sándor: Gépgyártástechnológia Műegyetemi Kiadó








A bonyolult térbeli felületek megmunkálása csak úgy lehetséges, ha egyidejűleg, egymással összehangoltan több mozgás valósul meg. Gyakran a szerszámgép vezérlés megnevezésében is szerepel az egyidőben, összehangoltan működő vezérelt szabadságfokok, "tengelyek" száma. Így beszélnek pl. 2, 3, 4 vagy 5D-s vezérlésekről, sőt létezik 2,5D-s vezérlés is.


Szerszámgépek szerkezeti felépítése

Nemzetközi szabványok rögzítik mozgástengelyeinek jelöléseit. A  ábrán látható, hogy az egyenes vonalú (transzlációs) mozgásirányok elnevezésére az X,Y,Z jelölést, a forgó mozgások elnevezésére pedig az A,B,C jelölést használják. A Z mozgás iránya és a C forgó mozgás tengelye minden esetben a főorsóval egybeesik, vagy azzal párhuzamos.

a

szerszámgépek



Forgácsoló szerszámgépek mozgástengelyei


Forgácsoló szerszámgépek szerkezeti elemei, részegységei

A forgácsoló szerszámgépek, valamint a szerszámgépek részegységeinek, építőelemeinek fejlődését a nagyobb fő- és mellékmozgási sebességek, a szélesebb alkalmazási kör (pl. a forgácsoló központok), a nagyobb pontosság és a 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).



 A CNC (Computer Numerical Control) általánossá válása azt (is) jelenti, hogy a szerszámgépet a gépkezelő csak közvetett formában, a vezérlő berendezés révén irányítja. A szerszámgép konstrukciós felépítésénél nem kell figyelembe venni az ember adottságait.  az új szerszámgép struktúrák nagyszámú variációja.



Gépészeti szempontból a korszerű CNC vezérlésű szerszámgép egyszerűbb, mint a hagyományos szerszámgép. Valamennyi mozgástengely egyedi hajtással rendelkezik, ezért a kinematika egyszerűbb. Az egyes funkciók tipizáltak, a szerszámgép építő egységei többnyire készen vásárolhatók beszállítóktól. Megállapítható, hogy a szerszámgépgyártás fokozatosan szerelő iparággá válik.



Szerszámgépágyak, -állványszerkezetek Az ágy, vagy állványszerkezet a szerszámgép alapja. Ez hordozza a szerszámgép összes aktív (mozgó) vagy passzív elemét, az orsókat, a szánokat, az asztalokat, a szegnyerget, a szerszám és munkadarabcsere egységeit, sőt még a vezérlést is erre erősítik fel. A legtöbb állványszerkezet hegesztett acélból, öntöttvasból, vagy un. kompozit betonból készül.



Szerszámgépágyak, -állványszerkezetek

 Az anyagválasztásnál a merevség  csillapítóképesség, rugalmasság ellentmondó követelmény kielégítése, a hőstabilitás a legfontosabb szempontok. Leggyakoribb a hagyományos öntöttvas állványszerkezet. Igen kedvező a merevség-súly aránya, valamint a csillapítása. Ugyanakkor hátránya - különösen a nagy méretű és kis sorozatban gyártott szerszámgépeknél - a költséges, öntőmintát igénylő gyártás.



Szerszámgépágyak, -állványszerkezetek

 A hegesztett acélból készített állványszerkezet jórész kiküszöböli az öntés hátrányait. Az acél rugalmasabb az öntöttvasnál, ezért a hegesztett állványszerkezeteket bordázattal teszik merevebbé. A hegesztett állványszerkezeteket feszültségmentesítő hőkezelésnek vetik alá. A csillapítási tulajdonság javítása érdekében az üregeket jó csillapítóképességű anyaggal (pl. beton, homok, ólom) töltik ki.



Szerszámgépágyak, -állványszerkezetek Az ágy- és állványszerkezetek építésében új anyag a kompozit beton. A kompozit beton műgyantába ágyazott beton, vagy márvány por. A márvány porral kialakított kompozit beton rendkívül kedvező csillapítási és hőstabilitási tulajdonsággal bír. A kompozit beton gyártása egyszerű, nem igényel feszültségmentesítő hőkezelést.



Szerszámgépágyak, -állványszerkezetek Gyakran kombinált állványszerkezeteket építenek. Egy kombinált eszterga állványszerkezetet szemléltet az ábra.  Az alkotó részegységek eltérő hődeformációs tulajdonságai jelentik a legtöbb problémát. Forrás: Dr. Horváth Mátyás-Dr. Markos Sándor: Gépgyártástechnológia Műegyetemi Kiadó



Szerszámgépágyak, -állványszerkezetek A kompozitok (különböző szénszál erősítésű polimerek) és a kerámia alkalmazása forradalmasítja a szerszámgép építést. A kompozitok előnyei: egyszerű gyártás, nagy merevség/súly arány. A kerámia előnyei: nagy merevség, hődeformáció mentesség. Gyorsabb elterjedés akadálya a magas ár.



Szerszámgépek vezetékei A szerszámgép ágyakon, állványokon lévő vezetékek a szerszámgép szánjait, asztalait, hajtóműházait hordozzák. Csúszó vezetékek (a legrégebbi és legegyszerűbb megoldás). Hátrányai: Előnyei:  kis merevség,  egyszerű,  olcsó és  jó csillapító képességű.

 holtjáték,  kopás,  akadozó csúszás (stick-slip) veszélye.



Szerszámgépek vezetékei Csúszó vezetékek Öntöttvasból készített állványszerkezetnél, egyszerűbb kivitelű szerszámgépeknél ez a csúszó vezeték magából az állvány anyagából kerül kialakításra.



Szerszámgépek vezetékei Csúszó vezetékek Napjainkban gyakrabban alkalmazott megoldást mutat be az ábra, ezen a szerszámgép állványra felerősített edzett acél vezeték található.




Szerszámgépek vezetékei Csúszó vezeték lehet: hidrodinamikus, hidrosztatikus és aerosztatikus. A hidrodinamikus vezeték hátránya az un. akadozó csúszásra (stick-slip) való hajlam és a nagy kopás (mindkettő oka a vegyes súrlódási állapot).



Szerszámgépek vezetékei A hidrosztatikus vezeték tiszta folyadék súrlódást biztosít, ezért kicsi a kopás, a vontatási ellenállás és nem kell számolni az akadozó csúszással sem. Nem elhanyagolható hátrányai: korlátozott merevségű, drága, igényes kivitelezésű, költséges az üzemeltetése is. Üzemeltetéséhez nagy tisztaságú olaj szükséges. Az aerosztatikus vezeték is "lebegő" vezetést biztosít, előnyei és hátrányai is hasonlóak, mint a hidrosztatikus vezetékek előnyei és hátrányai. A levegő összenyomhatósága miatt azonban kisebb a terhelhetőségük.



Szerszámgépek vezetékei Gördülő vezetékek A korszerű szerszámgépek döntő többségénél gördülő vezetékeket alkalmaznak. Számtalan variációban gyártják ezeket egyenes-, illetve körvezetékként egyaránt.

Előnyeik: merev, pontos és kis ellenállású.

Hátrányuk: kis csillapítás.



Szerszámgépek vezetékei Gördülő vezetékek

A korábbi évtizedekben a leggyakrabban un. gördülő papucsot használtak, amelynek hernyótalpszerűen körbemozgó golyó- vagy görgősora biztosítja a hézagmentes, nagy merevségű és kis súrlódású megvezetést. A görgős papucsok téglalap keresztmetszetű síneket vesznek körül. Újabban un. integrált lineáris vezetékeket alkalmaznak  ábra. Az integrált lineáris vezetékeknél a profilos sínről nem lehet levenni a gördülőpapucsot (a kocsit). Gyártása szerelése egyszerűbb, így olcsóbb is. A vezetéket gondosan törlik, és ahol csak lehet, összecsúszó lemezvédelemmel takarják.



Integrált egyenes vezeték (kocsi illetve léc egysége)

A kenést automatikus működésű kenőhálózat végzi. A gördülőbetéteket – beszereléskor - különleges zsírral is be lehet kenni, ami a betét teljes élettartamára elég.



Integrált egyenes vezeték (kocsi illetve léc egysége)



Mozgató elemek, hajtásrendszer Az egyes szánokat független hajtórendszer mozgat, amely szervomotorból és mozgató mechanizmusból áll. Ez a mozgató mechanizmus a 2-3 méternél kisebb szánmozgásoknál kizárólag golyósorsó-anya kapcsolat  (9. ábra). Az orsó és az anya közötti kapcsolatot gördülőtestek (legtöbbször golyók) biztosítják. A gördülő súrlódás jó (90% feletti) hatásfoka, az előfeszítéssel biztosítható hézagmentesség, valamint a nagy merevség nagyon pontos mozgatást tesz lehetővé  (10. ábra).





Golyósorsós szánelőtolás



Mozgató elemek, hajtásrendszer A golyósorsó-anya párt szabályozott egyenáramú (DC), vagy váltóáramú (AC) hajtómotorral közvetlenül hajtva, a golyósorsó szögelfordulását közvetlenül mérve (közvetett útmérés) nagyon pontos szánmozgást lehet elérni. A golyósorsón kívül a szánokat mozgathatja még hidraulikus henger, fogaskerék-fogasléc kapcsolat, illetve legújabban lineáris motor.



Mozgató elemek, hajtásrendszer A hidraulikus hengerrel történő mozgatás a legolcsóbb, kicsi a helyszükséglete, nagy erő kifejtésére képes, ugyanakkor az irányítása nehezen oldható meg. Elsősorban célgépek, gépsorok mozgatásánál alkalmazzák, ahol többnyire csak két véghelyzet között kell mozgást végezni. A fogaskerék-fogasléc kinematikai kapcsolat ugyan egyszerű, de még a hézagmentesített változata sem elég pontos, továbbá a hatásfoka is alacsony. Ha a megteendő út hosszú, még mindig az egyetlen megoldás a fogaskerékfogasléc kapcsolat alkalmazása.



Mozgató elemek, hajtásrendszer Napjaink új építőeleme a lineáris motor, amely nagyobb sebességeket, hosszabb löketeket, nagy pontosságot tesz lehetővé oly módon, hogy az egyenes vezetéken kívül nem szükséges hagyományos értelemben vett mozgató kinematika.





Főhajtóműveknél a korábban alkalmazott egyenáramú (DC) motorokat azok korlátozott sebességszabályozhatósága és a szénkefék kopása miatt egyre inkább az aszinkron váltóáramú (AC) motorok váltják fel. Ezek egyszerűbb változatai a sebességszabályozást frekvenciaszabályozással, a nagyobb, pontosabb motorok pedig az un. vektor szabályozással (az armatúraáram és a rotoráram bonyolult szabályozásával) oldják meg. Az előtoló hajtások motorjainál a főmotorhoz hasonlóan a váltóáramú indukciós motorok (az un. váltóáramú AC szervók) kerültek előtérbe. Ezek a szánokat és az asztalokat legtöbbször golyósorsó-anya pár segítségével mozgatják. Ezért gyakran nevezik ezeket pozícionáló motoroknak is.



Mind a fő-, mind a mellékhajtások fontos részei az út- és a sebességszabályozáshoz szükséges közvetlen vagy közvetett útadók, valamint a különböző sebességadók (szenzorok). A megmunkálási pontosságot jelentős mértékben befolyásolja a szerszámgép főorsójának pontossága. Ezt befolyásolja: a főorsó kialakítása, anyagminősége, megmunkálása, a csapágyazás, a kenés, a hűtés és a beépítés. A főorsók mintegy 90%-a gördülő csapágyazású. Jellegzetes főorsó gördülő csapágy a kúpos furatú kétsoros hengergörgős csapágy, de gyakran használják a ferde hatásvonalú golyós csapágyazást is. A főorsó deformáció mintegy 50-70%-a az orsó, 30-50%-a pedig a csapágyazás rovására írható.



Forgástest jellegű alkatrészek megmunkálógépei A forgácsoló szerszámgépek két nagy csoportja  a forgástest jellegű alkatrészeket megmunkáló és  a szekrényes alkatrészeket megmunkáló szerszámgépek fejlődése sokáig egymástól - szinte teljesen - elválasztva folyt. A fejlődés jelenlegi szakaszában ez 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.





Forgástest jellegű alkatrészek megmunkálógépei Esztergák Az esztergák olyan forgácsoló szerszámgépek, amelyekben döntően forgásszimmetrikus alkatrészek készülnek. A forgácsoló főmozgást a - főorsóba befogott - munkadarab végzi, miközben a folyamatos előtoló és a szakaszos fogásvételi mozgás leggyakrabban a szerszám feladata. Hagyományos esztergák  lásd laboratóriumi gyakorlatokon!



Forgástest jellegű alkatrészek megmunkálógépei Esztergák

TOS SUI 500 Combi típusú CNC esztergagép



Forgástest jellegű alkatrészek megmunkálógépei Esztergáló cella Az esztergáló központokon megvalósítható műveletkoncentrációt segíti elő a forgó, hajtott szerszámok számára kialakított külön szánrendszer. Azt a CNC vezérlésű esztergából kifejlesztett szerszámgépet, amely egymaga képes pl. ennek a munkadarabnak a teljes megmunkálására, esztergáló központnak nevezik.



Forgástest jellegű alkatrészek megmunkálógépei Az ábrán látható felfogó furatokat (a), a keresztirányú furatokat (c,d) fúrógépen, a b reteszhornyot pedig marógépen kellene megmunkálni. Ez így összesen három szerszámgépet, többszöri átfogást (bázisváltási hiba?!) és nem utolsósorban három gépkezelőt, továbbá anyagmozgatást igényelne. Forrás: Dr. Horváth Mátyás-Dr. Markos Sándor: Gépgyártástechnológia Műegyetemi Kiadó



Forgástest jellegű alkatrészek megmunkálógépei

A munkadarab a, b, c és d felületeit egy felfogásban készre lehet munkálni.






Esztergáló központ külön szánnal hajtott szerszámokkal

Eszterga megmunkáló központ Eszterga megmunkáló központ (Gildemeister)

SZE laborban 2008. május (négy tengelyes) Alapfogalmak

54

Eszterga megmunkáló központ

EMCO HYPERTURN 645 MCplus

8 tengelyes esztergáló megmunkálóközpont

Alapfogalmak

55



Szekrényes alkatrészek megmunkálógépei Az un. szekrényes alkatrészek megmunkálógépei: Sik felületeket megmunkáló marógépek, A furatokat készítő fúrógépek, A két szerszámgép kombinációját jelentő fúró-maró művek, A megmunkálóközpontok. Ezen szerszámgépek közös jellemzői: A munkadarab - néhány speciális fúrógép kivételével csak mellékmozgásokat végez, A jellemző szerszám szabályosan többélű maró-, vagy fúró szerszám. Megjegyzés: A hagyományos szerszámgépeket laboratóriumi gyakorlatokon mutatjuk be.



Szekrényes alkatrészek megmunkálógépei Megjegyzés: A hagyományos szerszámgépeket laboratóriumi gyakorlatokon mutatjuk be. Hagyományos szerszámgépek (pl. fúrógépek)



Szekrényes alkatrészek megmunkálógépei Megmunkáló központok A termelékenység fokozása, valamint a megmunkálási pontosság növelése érdekében hozták létre a megmunkáló központokat, amelyek különböző műveletek, mint például a fúrás, a marás, a dörzsölés, a menetvágás, stb. egy szerszámgépen, egy felfogásban (műveletkoncentráció) történő elvégzését, többnyire a munkadarab készre munkálását teszik lehetővé. A megmunkáló központ fontos sajátosságai: a CNC vezérlés, az automatikus szerszámcsere, a munkadarab négy oldalának megmunkálását lehetővé tevő osztó, forgó asztal.



Szekrényes alkatrészek megmunkálógépei A felsorolt jellemzőkön túl a megmunkáló központ képes lehet különféle mérési és felügyeleti funkciókra, továbbá automatikus munkadarab (paletta) cserélésére is. Különösen előnyösen használhatók a kis- és közepes sorozatok gyártásánál, mivel a magas automatizáltsági szintjük miatt a gyakran változó gyártási feladathoz gyorsan, esetenként automatikusan alkalmazkodni képesek. A megmunkáló központ jellegzetes építőeleme a szerszámtár és az automatikus szerszámcserélő. A szerszámgép csak több szerszámmal tudja készre munkálni a munkadarabot, mert - különösen a furat megmunkálásnál használt - szerszámok erőteljesen specializálódtak, egy-egy szerszám csak egy-egy furatméret, alak- és felületi minőség létrehozására alkalmasak.



Vízszintes megmunkálóközpont lineáris motorokkal



Négy-, öttengelyes megmunkálóközpontok



Automatikus palettacsere

Megmunkálóközpontok

Megmunkálóközpontok Példák a különböző kivitelekre  Vízszintes megmunkáló központok  Függőleges megmunkáló központok  4, 5 tengelyes (4D, 5D) megmunkáló központok

Alapfogalmak

63

Megmunkálóközpontok

Megmunkálóközpontok Példák 5 tengelyes megmunkálóközpont HERMLE C30

Alapfogalmak

64

Megmunkálóközpontok Polcmagazinrendzser Maximum 100 db Szerszám számára

+ Y -

XHC 241 / 341

Lineárhajtás minden megmunkálási tengelyen Alapfogalmak

65



Térportál kiszolgálású gyártócella


Köszönöm a figyelmet!

MEGMUNKÁLÁSI TECHNOLÓGIÁK AJ005_2. Forgácsoló szerszámgépek

Recommend Documents