MISKOLCI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR SZERSZÁMGÉPEK TANSZÉKE
DIPLOMAMUNKA
BONYOLULT FELÜLETŰ ALKATRÉSZ GYÁRTÁSA ÉS DIGITALIZÁLÁSA
Készítette:
Tóbiás Péter Gépészmérnöki Msc, CAD/CAM szakirány 2012/2013 TANÉV, 2. FÉLÉV
Konzulensek: Dr. Csáki Tibor egyetemi docens
Kiss Dániel doktorandusz
Miskolc-Egyetemváros, 2013
TARTALOMJEGYZÉK 1
BEVEZETÉS ...................................................................................................................... 8
2 A MUNKADARAB MEGTERVEZÉSE CNC ESZTERGÁRA ÉS A MEGMUNKÁLÓ GÉP ………………………………………………………………………………………….9
3
2.1
A megtervezett munkadarab ........................................................................................... 9
2.2
A megmunkáló gép....................................................................................................... 10
SZERSZÁMKIVÁLASZTÁS ESZTERGAGÉPHEZ ..................................................... 11 3.1
Előgyártmány választás esztergálásra .......................................................................... 11
3.2
A szerszámkiválasztás .................................................................................................. 11
3.2.1 Profil megmunkálása............................................................................................................................... 11 3.2.2 A hornyok forgácsolása [4] ..................................................................................................................... 17
4
A FELHASZNÁLT ESZTERGA PROGRAMOZÁSI CIKLUSOK [5].......................... 20 4.1
Esztergálás-leforgácsoló ciklus (CYCLE95) ............................................................... 20
4.1.1 Funkció ................................................................................................................................................... 21 4.1.2 Lefutás .................................................................................................................................................... 21 4.1.3 NPP (név) ................................................................................................................................................ 23 4.1.4 MID (fogásvételi mélység) ..................................................................................................................... 24 4.1.5 FALZ, FALX és FAL (simítási ráhagyás) .............................................................................................. 25 4.1.6 FF1, FF2 és FF3 (előtolás) ...................................................................................................................... 25 4.1.7 VARI (megmunkálás jellege) ................................................................................................................. 26 4.1.8 DT és DAM (várakozási idő és úthossz) ................................................................................................. 27 4.1.9 További utalások ..................................................................................................................................... 28
4.2
Marás-ciklus (C-tengelyes megmunkálások) [6].......................................................... 31
4.2.1 Hengerinterpoláció TRACYL paranccsal ............................................................................................... 31
5
CNC ESZTERGA FORGÁCSOLÁSI PARAMÉTEREI ................................................. 32 5.1
6
Esztergagép, szerszámok és a munkadarab .................................................................. 36
ESZTERGÁN GYÁRTOTT MUNKADARAB SZKENNELÉSE .................................. 39 6.1
Kalibrálás ...................................................................................................................... 39
6.2
Szkennelés .................................................................................................................... 40
6.2.1 Inicializálás ............................................................................................................................................. 40 6.2.2 Beolvasás ................................................................................................................................................ 44 6.2.3 Feldolgozás ............................................................................................................................................. 47
7
A BESZKENNELT GYÁRTMÁNY ÖSSZEHASONLÍTÁSA A CAD MODELLJÉVEL …………………………………………………………………………………………...50 7.1
A digitalizált kép javítása Geomagic-el ....................................................................... 50 3
8
9
7.2
CAD modellel való összehasonlítás ............................................................................. 51
7.3
Méretellenőrzés mikrométerrel .................................................................................... 54
MUNKADARAB TERVEZÉSE CNC MARÓGÉPRE ................................................... 55 8.1
Tervezés DMU40 marógépre ....................................................................................... 55
8.2
DMU40 marógép [7]. ................................................................................................... 56
SZERSZÁMKIVÁLASZTÁS MARÓGÉPHEZ .............................................................. 58 9.1
Előgyártmány választása marásra [8] ........................................................................... 58
9.2
Szerszámválasztás ........................................................................................................ 58
9.2.1 D20 ujjmaró kiválasztása katalógusból [10] ........................................................................................... 58 9.2.2 D16 gömbmaró kiválasztása katalógusból .............................................................................................. 61 9.2.3 D5 keményfém ujjmaró kiválasztása [4] ................................................................................................. 62
10 CNC PROGRAM ELKÉSZÍTÉSE TOP SOLID SZOFTVERREL ................................. 64 10.1
A szerszámok és a befogók létrehozása Top Toolban ............................................. 64
10.1.1 D20 ujjmaró .......................................................................................................................................... 64 10.1.2 D5 gömbmaró ....................................................................................................................................... 66 10.1.3 D16 gömbmaró ..................................................................................................................................... 68 10.1.4 D5 ujjmaró ............................................................................................................................................ 69
10.2 Munkadarab beimportálása a CAM környezetbe és a munkatér létrehozása ............... 70 10.3
3D kontúrmarás .......................................................................................................... 71
10.4
A palástfelület 3D simítása ........................................................................................ 74
10.5
A munkadarab tetején lévő körzseb nagyolása .......................................................... 76
10.6
A félgömb 3D simítása .............................................................................................. 78
10.7
Gömb tetején lévő zseb simítómarása ........................................................................ 80
10.8
Hornyok nagyolása .................................................................................................... 81
10.9
Hornyok simítása ....................................................................................................... 85
11 ÖSSZEFOGLALÁS ......................................................................................................... 88 12 IRODALOMJEGYZÉK ................................................................................................... 90 13 MELLÉKLET ................................................................................................................... 91
4
Zusammenfassung Ich konstruierte ein zylinder-symmertisches Werkstück zur Drehmaschine mit der Software Siemens UGS NX 7.5. Ich definierte ein S355 Grundmaterial aus dem Walzstahl zur Herstellung, dessen Durchmesser 65 mm und Länge 200 mm ist. Ich wählte zwei Werkzeug aus, das Grundmaterial zu bearbeiten. Ein zum Konturdrehen (Schrupen und Schlichten) und ein zum Fräsen der Nuten. Ich wählte eine SchlichtenWendeschneidplatte zum Konturdrehen und einen HSS Kugelfräser zum Fräsen der Nuten. Die Fertigung wurde durch die „CTX Alpha 500” NC Drehmaschiene des Lehrstuhls für Werkzeugmaschinen ausgeführt. Das Scannen wurde mit dem optischen Scanner des Lehrstuhls durchgeführt. Ich reparierte die digitalisierte Geometrie mit der Software Geomagic, die ich mit dem CAD Modell zusammengestellte. Die Abweichungsanalyse zeigt mit der Farbenskala, auf welchem Bereich die Abweichung des digitalisierten Werkstückes von CAD Modell wie groß ist. Die Messung der Nuten war erfolglos. Der Zylinder ist gleich als sein CAD Modell, aber die Abweichung ist halb milimeter an der Kugel und auf dem Auslauf des Ständers. Außerdem die erste und die letzte Bilder passen nicht zusammen. Der Grund dieses Problems ist, dass das Spiel der Lagerung der Rundtisches groß ist. Deshalb wurde ein neuer Rundtisch konstruiert und produziert. Nach der Fertigung führte ich die Maßkontrolle mit dem Mikrometer in mehrerem Bereich aus. Die Abweichung von CAD Modell ist 0,08 mm an der Kugel und 0,05 mm am Zylinder. Im nächsten Teil meiner Diplomarbeit konstruierte ich ein solches Werkstück zur 5 Achse Fräsemaschine des Lehrstuhls, welches freie Flächen und Formen hat, sowie ich musste den Arbeitsraum der Maschine berücksichtigen. Ich wählte ein C45 Grundmaterial aus dem Walzstahl zur Fräseaufgabe, dessen Durchmesser 109 mm und Länge 93 mm ist. Zur Fertigung wählte ich einen D20 Hartmetall Schaftfräser, einen D16 HSS Kugelfräser, einen D5 Hartmetall Schaftfräser und einen Walter D5 HSS Kugelfräser aus. Ich bestimmte die Drehzahlen und die Vorschuben durch die Empfehlungen der Kataloge. Ich erzeugte das CAM Programm für Fräsemaschine mit der Software Top Solid. In der Software definierte ich das Grundmaterial, das Werkstück und den Arbeitsraum. Ich zeichnete das Spannfutter, in welchem das Werkstück gespannt wird, und die Feststeller. Zuerst wurde die Kontur geschruppt und geschlichtet, danach wurde die oben der Kugel Kreisnut bearbeitet. Danach machte ich das Schruppen- und Schlichtenprogramm der Nuten. Die Maßkontrolle des mit der Fräsemaschine gefertigte Produktes wurde mit der 3D Messmaschine ausgeführt. Die Anlage [9] enthält das Messprotokoll. Bei der Messung suchte ich die folgenden Maße und Formtoleranzen unter:
5
Den Abstand, der auf der Zeichnung des Werkstückes 63,5 mm ist. Ich suchte die Kreisform der Kugel unter. Ich maß zwei Radius der Seitenwand und das Senkrechtstehen der aus diesen Radiusen gebildete Zylinder. Konklusion: Nach der Mikrometermessung ist das gedrehte Produkt präzis. Ich führte mehr Messung mit dem Scanner aus und leitete die Folgende ab: Die Messung der Nuten war erfolglos. Die Software zeigt einen Bereich an einem Teil der Kugel, der 1 mm Abmaß ist. Der Grund dieses großen Fehlers ist dass die Schichten übereinander gingen, denn die Software Optocat konnte die Bilder schlecht zusammenpassen. Die Farbenskala zeigt eine Abweichung +0,520 mm und -0,496 mm. Ich verglich die durch 3D Messmaschine gemessene Ergebnisse mit der Zeichnung des Werkstückes (Anlage [4]) und leitete die Folgende ab: Der Abmaß der Abstand 63,5 mm ist 0,013 mm. Die Abweichung der Kreisform der Kugel ist 0,023 mm. Der Abmaß ist 0,18 mm bei dem Radius R18,83 mm und 0,11 mm bei dem Radius R57,1 mm. Die Senkrechtstehen der aus diesen Radiusen gebildete Zylinder sind 0,027 mm und 0,016 mm. Wir können festlegen, dass das Produkt präzis erzeugt wurde. Ich empfehle nicht die Maßkontrolle der durch die Dreh- oder Fräsemaschine produzierte Konstruktionselemente mit 3D Scanner ausführen, denn die Scanner arbeiten im Bereich 0,20,5 mm. Ich trage 3D Messmaschinen unter dem Bereich 0,1 mm an.
6
EREDETISÉGI NYILATKOZAT
Alulírott ……………………………………………………….; Neptun-kód:………………… a Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Karának végzős ……………. szakos hallgatója ezennel büntetőjogi és fegyelmi felelősségem tudatában nyilatkozom és aláírásommal igazolom, hogy ……………………………………………………………………………………………… című szakdolgozatom/diplomatervem saját, önálló munkám; az abban hivatkozott szakirodalom felhasználása a forráskezelés szabályai szerint történt. Tudomásul veszem, hogy szakdolgozat esetén plágiumnak számít: szószerinti idézet közlése idézőjel és hivatkozás megjelölése nélkül; tartalmi idézet hivatkozás megjelölése nélkül; más publikált gondolatainak saját gondolatként való feltüntetése. Alulírott kijelentem, hogy a plágium fogalmát megismertem, és tudomásul veszem, hogy -
plágium esetén szakdolgozatom visszautasításra kerül.
Miskolc,.............év ………………..hó ………..nap
…….……………………………….… Hallgató
7
1 BEVEZETÉS Manapság a gyártási folyamatok fontos része a minőségbiztosítás. Ennek minél magasabb szintű megvalósításához egyre innovatívabb technikákat alkalmaznak. Nehezen meghatározható, szabad geometriájú testek esetén nehézkes a méret és alak ellenőrzés. Ennek a problémának a megoldása 3D szkennerrel és 3D mérőgéppel is történhet, ezért a diplomamunkám témájának kiválasztása is egy ilyen jellegű gyakorlati alkalmazásra irányult. Feladatom, hogy megtervezzek egy olyan próbadarabot, ami rendelkezik szabad felületekkel és egyéb alaksajátosságokkal figyelembe véve azt a szempontot is, hogy a 3D szkenner mit láthat. Valamint a termék esztergagépen és marógépen is legyártható legyen. A diplomamunkám következő része, hogy a tervezett alkatrészt legyártjuk valamilyen fémből a Szerszámgépek Tanszék „CTX Alpha 500” nevű revolverfejes NC esztergagépén, majd a DMG DMU40 5 tengelyes marógépén. Cél az NC esztergagép SINUMERIK és a marógép Heidenhain vezérlésének a megismerése, a Top Solid tervezőrendszerben marógépre a CAM program elkészítése, valamint a munkadarabok legyártása. További feladatom, hogy megmérjem az esztergált gyártmányt 3D optikai szkennerrel és a marógépen készült terméket 3D mérőgéppel és a kapott eredményeket kiértékeljem.
8
2 A MUNKADARAB MEGTERVEZÉSE CNC ESZTERGÁRA ÉS A MEGMUNKÁLÓ GÉP
2.1
A megtervezett munkadarab
Az alábbi 1. ábrán látható a megtervezett hengerszimmetrikus munkadarab, amelynek a modelljét a Siemens UGS NX 7.5 tervező programban készítettem el.
1. ábra: A munkadarab modellje és gyártási rajza A modell felső része egy teljes gömb átmenettel egy hengerbe, amin két félkör alakú gömbszerűen kimunkált horony látható és ez áll egy hengeres talpon. A gömbszerűség oka, hogy későbbiekben a szkennelésnél a 3D szkenner ebbe belelát, miközben egy négyzet alakú kimunkálás esetén nem.
9
2.2
A megmunkáló gép
A tanszéken lévő CTX Alpha 500 NC vezérelt eszterga géppel történt a megmunkálás, ami egy ellenorsóval, C-tengellyel szerelt revolverfejes szerszámtárú SINUMERIK vezérlésű gép.
2. ábra: CTX Alpha 500 esztergagép Néhány technikai adatot a gépről az alábbi táblázat foglalja össze: Munkatér (mm) Tokmányátmérő max. Munkadarab átmárű max. Mozgástér X irányba Mozgástér Y irányba Mozgástér Z irányba
500 200 190 -40 525
Főorső Hajtó teljesítmény 40/100% ED (kW) Nyomaték 40/100% ED (Nm) Fordulatszám max. (min-1)
27/20 170/127 6000
Ellenorsó Hajtó teljesítmény 40/100% ED (kW) Nyomaték 40/100% ED (Nm) Fordulatszám max. (min-1)
16,2/12,6 62/48 6000
Szerszámtár Szerszámhely (db) Hajtó teljesítmény 40/100% ED (kW) Nyomaték 40/100% ED (Nm) Fordulatszám max. (min-1)
12 5,4 18 5000
1. táblázat: Technikai adatok
10
3 SZERSZÁMKIVÁLASZTÁS ESZTERGAGÉPHEZ A szerszám kiválasztásához tudnunk kell milyen a munkadarabunk, ezután tudjuk annak anyagához a megmunkáló szerszámot kiválasztani. 3.1
Előgyártmány választás esztergálásra
Az elkészítendő terméket nem fogják sehová beépíteni, a feladatomnak nem ez a célja, így az alább leírtak szerint S355 típusú hengerelt, köracél előgyártmányt választottam, melynek átmérője Ø65. Az S355 jelű acél egy melegen hengerelt, ötvözetlen szerkezeti acél, melynek a folyáshatára ReH =355 N/mm2. Az előgyártmány keretes fűrészgéppel méretre lett vágva, amely után a munkadarabunk hossza 200 mm. 3.2
A szerszámkiválasztás
A munkadarab megmunkálásánál két szerszámot kell kiválasztani. Egyet a kontúr leesztergálásához és egyet a hornyok kimarásához. 3.2.1
Profil megmunkálása
A kontúr megmunkálására a KENNAMETAL cég VBMT 160404 LT típusú váltólapkáját választottam ki.
3. ábra: KENNAMETAL váltólapka típusa [1] A 3. ábra váltólapka adatait mutatja képpel illusztrálva. Ezeket az adatokat az alábbi táblázat írja le részletesen:
11
V B M T 16 04 04 LF
Jelentés romboid alakú, profilszög 35° hátszög 5° tűrés (+-)0,013 típus lapka élhosszúsága (mm) 16,61 lapka vastagsága (mm) 4,76 csúcssugár (mm) 0,4 könnyű simítás 2. táblázat: A lapkai részletes adatai
A következőkben a fentiekben leírt lapkának katalógusból való kiválasztását mutatom be.
4. ábra: Szerszámválasztás 1 lépés [2]
12
A kontúr esztergálásánál simító lapkával fogjuk a nagyolást és a simítást is elvégezni, ezért a simítási „Finishing” sort nézünk, azaz „LF” típusú lapkát. A 4. ábrán a „Step 2” résznél választjuk ki a lapka anyagát, ami a KCP25 típusú lesz. A 3. táblázat mutatja a váltólapka anyagjának leírását, aminek a jelölése KCP25. Jelentés K C P 25
Márkanév: Anyag: Elsődleges munkadarab anyag: Keménység/Szívósság skála: (10-50)
Kennametal karbid acél 25
3. táblázat: A lapka anyagának adatai [2] A következő lépésnél a szerszámkatalógus ajánlást ad a forgácsoló sebesség megválasztására, ami az 5. ábrán látszik:
5. ábra: Forgácsolási sebesség kiválasztása [2] Az ábrán láthatón táblázat első oszlopa jelzi a munkadarabunk anyagát, vagyis „P” szerkezeti acél. A második oszlopban szerepel a szerszámunk anyagának katalógus száma „KCP25”. Végül a katalógus táblázatának utolsó két oszlopában az általa ajánlott forgácsolási sebesség „275 m/perc”, illetve az ennek megfelelő fordulatszám „925 1/perc” szerepel. Ezután az előtolási és fogásmélységi értékek megválasztása történik, aminek a folyamatát a 6. ábra mutatja. A katalógus a lapkákat szerszámszárba való befogásuk szerint is rendszerezi. Ezek szerint a „Screw-on” csavaros típust választottam. Az ábrán táblázatszerűen szerepelnek a paraméterek. Az első oszlopban a megmunkálás módja látható, itt a „finishing” simítást keressük ki. A második oszlopban nézzük a 4. ábrán kiválasztott „LF” típusú lapkát. A harmadik oszlop mutatja a lapka geometriáját rajzzal. A negyedik oszlopban szerepel a hátszög rajzzal illusztrálva, aminek az értéke 5°. A katalógus szerinti ajánlás az előtolásra 0,20,4 mm, a fogásmélységre pedig 0,8-2,3 mm.
13
6. ábra: Az előtolás és fogásmélység kiválasztása [2]
14
A 7. ábrán a konkrét lapka kiválasztását mutatom be:
7. ábra: Váltólapka kiválasztása [2] A katalógusban a „BMT-LF” jelű lapkát kell keresni, ahol a „B” jelöli az 5° hátszöget, az MT-LF pedig a 6. ábra szerinti kiválasztott „MT-LF” típust. A jobb oldalt található oszlopokban hozzá kikeressük a „KCP25” típust. Ezután van négy lehetséges variáció geometriában, ezek közül választottam ki a „VBMT16040LF” típust. Az ábrán látható a lapka beméretezése, ahol „D = 9,53 mm” a geometriába berajzolható kör (lapka magassága), „L10 = 16,61 mm” az élhosszúság, „Rg = 0,4 mm” a csúcssugár, a hátszög 5°.
15
A már kiválasztott lapkához kell választani egy szerszámszárat is, ami befér a revolverfejbe. A katalógusban ezt a „Toolholders” szerszámbefogók fejezetében tehetjük meg.
8. ábra: Szerszámszár kiválasztása I [3] A 8. ábra abban ad segítséget, hogy a szerszám katalógus szerszámbefogók fejezetében hol keressük a nekünk szükséges típust. A szerszámbefogó típusok közül 93° fejszögűt választottam, mert ez kompatibilis a korábban kiválasztott lapkával. Vagyis az a fajta szerszámszár, amibe 35° profilszögű, csavaros „Screw-on” típusú lapkát bele lehet rakni és 3 irányú mozgás lehetséges vele az esztergálás során. A 9. ábra mutatja, hogy melyik szerszámbefogót választottam ki, amely szerint a nekünk megfelelő típus az „SVJBL2020K16”. A katalógus számok közül az „L” jelzi azt, hogy balos a szerszámbefogó. A katalógus rajzzal és beméretezve szemlélteti a befogó geometriáját, ahol a főbb méreteket a következő táblázatban foglaltam össze. H, B F L1 L2
A szerszámszár keresztmetszete (mm): 20; 20 25 A fej szélessége (mm): 125 A befogó teljes hossza (mm): 35 A fej hosszúsága (mm): 4. táblázat: A szerszámbefogó főbb méretei [3.]
16
9. ábra: A szerszámszár kiválasztása II [3.] 3.2.2
A hornyok forgácsolása [4]
A gömb alakú hornyok kimunkálására egy gömbvégű marószerszámot kell alkalmazni, amelyet a Walter cég katalógusából választottam ki. A marás fejezetből a másoló marás témakörét kikerestem. A következő ábra mutatja a marószerszám kiválasztásának első lépését.
17
10. ábra: A marószerszám kiválasztása I
18
A költségek miatt „HSS” gyorsacél szármarót választottam, ami bevonat nélküli. A 10. ábrán a kék mező mutatja, hogy milyen anyagra lehet alkalmazni. A katalógusnak ez az oldala segítséget ad, hogy hol keressük a szerszámot a katalógusban. A munkadarab ötvözetlen acél és a „P1, P2, P3..P7” forgácsolási csoportba esik, ami nekünk megfelelő. A jelölések oszlopban 4 választható szerszámtípust mutat a katalógus, ezek közül kell a nekünk megfelelőt kiválasztani.
11. ábra: A marószerszám kiválasztása II A 11. ábrán látszik az alkalmazásra megfelelő típus. A piros színnel bekeretezett marószerszámra van szükség, mivel a horony 5 mm széles, ezért 5 mm fejátmérőjű marószárat kell használni. Az ábrán rajzzal beméretezve feltüntették a méreteket. A főbb méretek a következőek, amik a befogás miatt fontosak: marószár átmérője 6 mm, hossza 68 mm.
19
4 A FELHASZNÁLT ESZTERGA PROGRAMOZÁSI CIKLUSOK [5] 4.1
Esztergálás-leforgácsoló ciklus (CYCLE95)
CYCLE95 (NPP, MID, FALZ, FALX, FAL, FF1, FF2, FF3, VARI, DT, DAM) Az alábbi táblázatban találhatóak a „CYCLE95” leforgácsoló ciklus lehetséges paraméterei: NPP MID FALZ FALX FAL FF1 FF2 FF3 VARI DT DAM
string valós valós valós valós valós valós valós egész valós valós
Kontúr-alprogram név Fogásvétel-mélység (előjel nélkül adandó be) Simításráhagyás a hossztengelyben (előjel nélkül adandó be) Simításráhagyás a síktengelyben (előjel nélkül adandó be) Kontúrhű simításráhagyás (előjel nélkül adandó be) Nagyolási előtolás hátravágás nélkül Bemerülési előtolás a hátravágó elemekben Simítási előtolás Megmunkálási jelleg Értéktartomány: 1 ... 12 Várakozási idő forgácstöréshez nagyolásnál Az az úthossz, amely után minden nagyolás – vágás forgácstöréshez megszakítódik 5. táblázat: A leforgácsoló ciklus paraméterei
12. ábra: Funkció A 12. ábrán látható egy nyersdarabból való kontúr leforgácsolása.
20
4.1.1
Funkció
A leforgácsoló-ciklussal egy alprogramban programozott kontúrt elő tudunk egy nyersdarabból tengelypárhuzamos leforgácsolással állítani. A kontúr hátravágás elemeket tartalmazhat. A ciklussal kontúrokat hossz- és síkmegmunkálásban, kívül és belül lehet megmunkálni. A technológia szabadon választható (nagyolás, simítás, komplett megmunkálás). A kontúr nagyolásánál a maximálisan programozott fogásvétel-mélységből tengelypárhuzamos vágások képeződnek és egy vágáspont elérése után a kontúrral képződött maradéksarkok kontúrpárhuzamosan azonnal leforgácsolódnak. A nagyolás a programozott simításráhagyásig történik. A simítás a nagyolással azonos irányban történik. Simításnál a szerszámsugár-korrekció a ciklus által automatikusan felhívódik és lekapcsolódik. 4.1.2
Lefutás
Cikluskezdés előtt elért pozíció: A kezdőpozíció egy olyan tetszőleges pozíció, amelyből a kontúrkezdőpontra ütközésmentesen rá lehet menni. A ciklus a következő mozgáslefolyást állítja elő: A ciklus-indításpont belsőleg kiszámítódik és G0-val mindkét tengelyben egyidejűleg rámenetel történik.
13. ábra: Lefutás A fenti ábrán az esztergakés mozgáspályáját mutatja x és z irányokban.
21
Hátravágás-elemek nélküli nagyolás: A tengelypárhuzamos fogásvétel belső kiszámítása az aktuális mélységre és G0-val rámenetel. Nagyolás-vágáspont tengelypárhuzamosan G1-gyel és rámenetel FF1 előtolással. Kontúrpárhuzamosan a kontúr mentén + simításráhagyás az utolsó nagyolás-vágáspontig G1/G2/G3-mal és FF1-gyel utánhúzás. Leemelés a _VRT-vel programozott értékkel minden tengelyben és visszamenetel G0-val. Ez a lefutás mindaddig megismétlődik, amíg a megmunkálási szakasz összmélységét el nem értük. Hátravágás-elem nélküli nagyolásnál a ciklus indításpontra történő visszamenetel tengelyenként történik. Hátravágás-elemek nagyolása: A következő hátravágás indításpontjára rámenetel tengelyenként G0-val. Emellett cikluson belüli egy kiegészítő biztonsági távolság kerül figyelembevételre. Kontúrpárhuzamosan a kontúr + simításráhagyás mentén G1/G2/G3-al és FF2
fogásvétel. Nagyolás-vágáspont tengelypárhuzamosan G1-gyel és rámenetel FF1 előtolással. Utánhúzás az utolsó nagyolás-vágáspontig. Leemelés és visszamenetel ugyanúgy történik, mint az első megmunkálási szakasznál. Ha további hátravágás-elemek vannak, akkor ez a lefutás megismétlődik minden hátravágásra.
Simítás: A ciklus-indításpontra tengelyenként rámenetel G0-val. A kontúrkezdőpontra mindkét tengelyben egyidejű rámenetel G0-val. Simítás a kontúr mentén G1/G2/G3 és FF3-mal. Visszamenetel az indításpontra mindkét tengellyel és G0-val.
22
14. ábra: Elemek hátravágással és anélküli nagyolása A 14. ábra szemlélteti, hogy mi a különbség a kontúr nagyolása hátravágással és hátravágás nélkül. A sötétszürke sáv a nagyolási művelet hátravágás nélkül, a két világosabb szürke pedig az a terület, ahol a hátravágás történik. 4.1.3
NPP (név)
Ezen paraméter alatt a kontúr-alprogram nevét adjuk be. A kontúr-alprogram viszont nem lehet egy paraméterlistás alprogram. A kontúr-alprogram nevére az összes, a programozói utasításban leírt névmegkötés érvényes. A SW5.2-től a leforgácsolás-kontúr lehet a felhívó vagy egy tetszőleges másik program egy szakasza. A szakaszt kezdő- ill. végcímkékkel vagy mondatszámokkal adhatjuk meg. Ehhez a programnevet és a címkéket/mondatszámokat ":" jelöljük meg. Megjegyzés: Ha a szakasz mondatszámokkal van meghatározva, figyelni kell arra, hogy egy programváltozást követő "újra számozás" után az NPP szakasz mondatszámait is illeszteni kell.
23
15. ábra: NPP A 15. ábrán látszik a kontúr alprogram neve, valamint az x és z irányú simítási ráhagyás (FALX, FALZ), amiről a későbbiekben részletesebben tárgyalunk. 4.1.4
MID (fogásvételi mélység)
16. ábra: Fogásvételi mélység A MID paraméterrel a nagyolási folyamat maximálisan lehetséges fogásvétel-mélységét definiáljuk, amit a 16. ábra szemléltet. Ezen paraméter értékelése a 4. szoftverállapottól kezdődőleg a _ZSD[0] ciklus beállítási-adattól függ. A ciklus önállóan kiszámítja azt az aktuális fogásmélységet, amellyel nagyolásnál dolgozunk. A nagyolási folyamat hátravágás24
elemes kontúroknál a ciklus által egyedi nagyolási szakaszokra osztódik fel. Minden nagyolási szakaszra kiszámítja a ciklus újra az aktuális fogásvétel-mélységet. Ez mindig a programozott fogásvétel-mélység és annak fele értéke között van. Egy nagyolási szakasz összmélysége és a programozott maximális fogásvétel-mélység alapján meghatározásra kerül a szükséges nagyolási vágások száma és erre egyenletesen elosztódik a megmunkálandó összmélység. Ezzel optimális vágásfeltételeket létesítünk. Ezen kontúr nagyolására a mellékelt ábrán látható megmunkálási lépések adódnak. 4.1.5
FALZ, FALX és FAL (simítási ráhagyás)
A nagyoló-megmunkálás simítóráhagyásának megadása a FALZ és FALX paramétereken keresztül történik akkor, ha tengely specifikusan különböző simításráhagyást akarunk megadni, vagy pedig a FAL paraméteren keresztül egy kontúrhű simítás ráhagyásra. Akkor ez az érték mindkét tengelyben simításráhagyásként beszámításra kerül. Nem történik hihetőségellenőrzés a programozott értékekre. Ha tehát mind a három paraméter értékekkel rendelkezik, akkor a ciklus mindezeket a simításráhagyásokat beszámítja. Viszont ajánlatos egy simításráhagyás meghatározásához az egyik vagy másik mód mellett dönteni. A nagyolás mindig erre a simításráhagyásokra történik. Emellett minden tengelypárhuzamos nagyolási folyamat után a keletkezett maradék-sarkok kontúrpárhuzamosan azonnal leforgácsolódnak, s így a nagyolás befejezése után nincs szükség kiegészítő maradék sarokvágásra. Ha nincsenek simításráhagyások programozva, akkor nagyolásnál a végkontúrig leforgácsolás történik. 4.1.6
FF1, FF2 és FF3 (előtolás)
A különböző megmunkálási lépésekre a mellékelt ábrán látható különböző előtolások adhatók meg.
25
17. ábra: Előtolás 4.1.7
VARI (megmunkálás jellege)
A megmunkálás jellegét a következő táblázatban találhatjuk: Érték 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Hossz/sík Kívül/belül Nagyolás/simítás/komplett L A Nagyolás P A Nagyolás L I Nagyolás P I Nagyolás L A Simítás P A Simítás L I Simítás P I Simítás L A Komplett megmunkálás P A Komplett megmunkálás L I Komplett megmunkálás P I Komplett megmunkálás 6. táblázat: A megmunkálás jellege
26
Hossz-megmunkálásnál a fogásvétel mindig a síktengelyben történik, síkmegmunkálásnál pedig a hossztengelyben. Külső megmunkálás azt jelenti, hogy a negatív tengely irányába történik fogásvétel. Belső megmunkálásnál a fogásvétel a pozitív tengely irányába történik. VARI paraméterre egy hihetőség-ellenőrzés történik. Ha az értéke a ciklusfelhívásnál nem 1...12 tartományban van, akkor a ciklus a 61002 "Megmunkálási jelleg hibásan definiált" vészjelzéssel megszakítódik.
18. ábra: A megmunkálás jellege ábrával 4.1.8
DT és DAM (várakozási idő és úthossz)
Ezen két paraméter segítségével az egyes nagyolás vágások bizonyos útszakasz utáni megszakítását tudjuk elérni forgácstörés céljából. Ezeknek a paramétereknek csak nagyolásnál van jelentőségük. A DAM paraméterben az a maximális útszakasz kerül meghatározásra, amely után egy forgácstörésnek kell megtörténnie. A DT-ben ehhez egy várakozási idő programozható, amely minden vágás megszakítási pontban végrehajtódik. Ha a vágásmegszakításra nincs útszakasz megadva (DAM=0), akkor várakozási idő nélkül megszakítás nélküli nagyolás-vágások képződnek. Az itt leírtakat a következő ábra szemlélteti:
27
19. ábra: Várakozási idő és úthossz _VRT (leemelési út) A _VRT paraméterrel a SW 4.4-től lehet programozni az értéket, amellyel a nagyolásnál a leemelés mindkét tengelyen történik. _VRT=0 (paraméter nincs programozva) esetén a leemelés, mint eddig is, a vágóél sugár + 1 mm-rel történik. 4.1.9
További utalások
Kontúr meghatározás A kontúrt egy alprogramban programozzuk, amely nevét paraméterként kell megadni. A kontúr-alprogramnak legalább 3 mozgásos mondatot kell a megmunkálási sík mindkét tengelyében tartalmaznia. A megmunkálási sík (G17, G18, G19) a főprogramban a ciklushívás előtt lesz beállítva ill. a gépen ennek a G csoportnak az alapbeállítása hatásos. Ezt a kontúralprogramban nem lehet megváltoztatni. Ha a kontúr-alprogram rövidebb, akkor a ciklus a 10933 "A kontúr-alprogram túl kevés kontúrmondatot tartalmaz" és a 61606 "Hiba a kontúr-előkészítésnél" vészjelzés kiadása után megszakítódik. Hátravágási elemeket közvetlenül egymásután lehet megadni. A síkban mozgás nélküli mondatok korlátozás nélkül írhatók. A cikluson belül az aktuális sík első két tengelyére az összes elmozdulási mondat felkészítésre kerül, mivel csak ezek vesznek részt a forgácsolásban. Más tengelyi mozgásokat a kontúr alprogram tartalmazhat, de ezek az elmozdulási utak a ciklusban lefutása alatt nem hatásosak. Geometriaként a kontúrban csak egyenes – és körprogramozás megengedett G0, G1, G2 és G3-mal. Ezen túlmenőleg a lekerekítési és letörési utasítások is programozhatók. Ha a kontúrban más mozgásutasítások programozódnak, akkor a ciklus a 10930 "Nem megengedett interpolációs jelleg a leforgácsoló-kontúrban" vészjelzéssel megszakítódik. 28
Az aktuális megmunkálási síkban az első elmozdulásos mondatnak egy G0, G1, G2 vagy G3 as elmozdulási utasítást kell tartalmaznia, ellenkező esetben a ciklus a 15800 "Hibás kiindulási feltételek a CONTPRON-ra" vészjelzéssel megszakítódik. Ez a vészjelzés továbbá aktív G41/42-nél jelenik meg. A kontúr kezdőpontja a kontúr-alprogramban programozott megmunkálási sík első pozíciója. A kontúrban maximálisan lehetséges mozgásos mondatok száma a síkban a kontúrtól függ. A hátravágások száma elvileg nem korlátozott. Ha egy kontúr több kontúrelemet tartalmaz, mint amennyit a cikluson belüli tároló fel tud venni, akkor egy ciklusmegszakítás történik a 10934 "Kontúrtáblázati túlcsordulás" vészjelzéssel. A megmunkálást akkor több megmunkálási szakaszra kell felosztani, amelyeket egy-egy saját kontúralprogram reprezentál, s a ciklust minden szakaszra külön kell felhívni.
20. ábra: Kontúr meghatározás Ha egy kontúr-alprogramnál a maximális átmérő nem a kontúr programozott vég- ill. kezdőpontjában fekszik, akkor az a ciklus által automatikusan a megmunkálás végén egy tengelypárhuzamos egyenessel a kontúr maximumáig kiegészítődik és a kontúr ezen része hátravágásként leforgácsolódik. Az alábbiaknak a kontúr-alprogramban történő programozása a 10931 "Hibás leforgácsolókontúr" vészjelzéses ciklusmegszakításhoz vezet: sugárkorrekció-sík G17/G18/G19-cel, egy frame, egy olyan tengely pozicionáló tengelykénti elmozgatása a síkban, amelyben leforgácsolás történik, valamint a szerszámsugár-korrekció felhívása G41/G42-vel.
29
Kontúr irány A SW 4.4-től a leforgácsolás kontúr programozásának iránya szabadon választható. A cikluson belül a megmunkálás iránya automatikusan kerül meghatározásra. A komplett megmunkálásnál a kontúr ugyanabban az irányban lesz simítva, ahogy nagyolva volt. Ha csak a simítás van kiválasztva, a kontúr a programozott irányban lesz megtéve. A megmunkálási irány eldöntésénél az első és az utolsó programozott kontúrpont lesz megvizsgálva. Ezért szükséges a kontúralprogram első mondatában mind a két koordinátát megadni. Kontúrellenőrzés A ciklus az alábbi pontokra nézve kontúrellenőrzést végez: nem megengedett hátravágás elemek körívek körprogramozása 180 foknál nagyobb nyílásszöggel. Hátravágás elemeknél a ciklusban ellenőrzésre kerül az, hogy a megmunkálás az aktív szerszámmal lehetséges-e. Ha a ciklus felismeri, hogy ez a megmunkálás egy kontúrmegsértéshez vezet, akkor a ciklus a következő vészjelzéssel megszakítódik: 61604 "Aktív szerszám megsérti a programozottkontúrt". Ha a szerszámkorrekcióban a szabadvágási szög nullával került megadásra, akkor nem történik ellenőrzés. Ha a korrekcióban nagy körívek kerülnek megtalálásra, akkor a következő vészjelzés jelenik meg: 10931 "Hibás leforgácsoló-kontúr". Indításpont
21. ábra: Indításpont A ciklus a megmunkálási indításpontot önállóan határozza meg. Az indításpont azon a tengelyen, amelyben a mélység-fogásvétel történik, a kontúrtól a simítási ráhagyás + leemelési út (_VRT paraméter) távolságra van. A másik tengelyen a kontúr kezdőponttól 30
simításráhagyás +_VRT távolságra van. A kezdőpont felvételekor a cikluson belül megtörténik vágóél sugár korrekció felhívása. A ciklusfelhívás előtti utolsó pontot úgy kell választani, hogy ez ütközésmentesen lehetséges legyen és legyen elég hely a kiegyenlítő mozgásra. A ciklus rámeneteli stratégiája A ciklus által meghatározott indításpontra nagyolásnál mindig egyidejűleg mindkét tengellyel, és simításnál mindig tengelyenként történik a rámenetel. Simításnál emellett a fogásvételi tengely megy elsőként.
4.2
Marás-ciklus (C-tengelyes megmunkálások) [6]
A TWIN gépek mindkét orsója rendelkezik (SP3/SP4) C tengellyel, melyekkel a munkadarab palást és homlok felületén lehetséges sík és kontúr marási feladatok megoldása. Így a revolverfejben radiális vagy axiális irányú hajtott szerszámokat alkalmazhatunk. Az alábbi táblázat tartalmaz néhány szükséges alprogramot a C tengely programozásához: Mely orsóra vonatkozik SP4 SP3 SP2 (Rev2/hajtott) SP1 (Rev1/hajtott)
C tengely bekapcsolása L707(0)* L705(0)*
C tengely kikapcsolása L708 L706
L703(0)*
L704
C tengely rögzítés bekapcsolása M412 M312
C tengely rögzítés kikapcsolása M413 M313
L701(0)* L702 7. táblázat: Alprogramok C tengely programozásához
Megjegyzés: Zárójelben a szöghelyzetet adhatjuk meg. 4.2.1
Hengerinterpoláció TRACYL paranccsal
A palást marásához a TRACYL nevű parancsot kell használni. Hengerinterpoláció bekapcsolása SP4-en: TRACYL_S4() Hengerinterpoláció bekapcsolása SP3-en: TRACYL_S3() Hengerinterpoláció kikapcsolása: TRANS_OFF A TRACYL parancs főbb jellemzői: A zárójelben a palást külső átmérőjét tudjuk megadni. (Z) a hossz, míg (C) a keresztirányú hornyok marását teszi lehetővé a paláston. Segítségével akármilyen pályát marhatunk a palástfelületre.
31
5 CNC ESZTERGA FORGÁCSOLÁSI PARAMÉTEREI Az NC programunkat először a kontúr megrajzolásával kezdjük, amit a következő ábra mutat:
22. ábra: Az esztergagépen elkészített kontúr A kontúr megrajzolása közben az értékeket abszolútban adtuk meg. A függőleges tengely az X, a vízszintes a Z tengely. A fenti ábrán látszik, hogy csak a geometria felét kell ábrázolni a szimmetria miatt. A következő művelet a nagyolási paraméterek definiálása, ami a 23. ábrán látszik:
32
23. ábra: Nagyolás A nagyolási művelethez először definiálni kell szerszámot. Jelen esetben ugyanaz, mint a simító kés, amit a 3.2.1. fejezetben kiválasztottunk. Azért használunk a nagyolás során simító lapkát, mivel a nagyoló lapka a geometriája miatt (profilszög) nem férne el a gömb mögött, vagyis nem lehetne vele kialakítani a gömb felületét. Az ábrán látható paramétereket az alábbi táblázatban foglaltam össze: Jelölés: Megnevezés: Érték: F előtolás 0,2 mm/fordulat V vágósebesség 160 m/perc D fogásmélység 1 mm Ux simítási ráhagyás Uz simítási ráhagyás Ui előtolás megállítása 5 mm-enként BL előgyártmány henger 8. táblázat: Nagyoló forgácsolási paraméterek Megjegyzés: A nagyoló megmunkálás típusa külső hosszesztergálás. Fontos, hogy a hátravágási funkció be legyen kapcsolva, különben a gép a kontúr hátravágással megmunkálandó részét nem fogja megcsinálni.
33
A nagyolási megmunkálás után következik a simítás. Az ehhez tartozó beállításokat a 24. ábra mutatja:
24. ábra: Simítás Simításnál az általunk beállított előtolás „F” 0.1 mm/fordulat. A Vágósebesség 175 m/perc. A simítási megmunkálás típusa hosszesztergálás. A simítási műveletnél már nem adunk meg ráhagyást és a hátravágást most is bekapcsoljuk. A kontúr leesztergálása után történik a hornyok kimarása. Az ehhez kapcsolódó forgácsolási paraméterek a 25. és 26. ábrán láthatóak.
34
25. ábra: Hosszvájat Maráshoz a 3.2.2. fejezetben kiválasztott gömbvégű marószerszámot definiáljuk. A 25. ábrán feltüntetett paramétereket az alábbi táblázatban foglaltam össze: Jelzés: F S W L X1 α0 DYZ DX EW
Megnevezés: előtolás fordulatszám horony szélessége ívhossz horony mélység (2,5 mm) horony ferdeség
Érték: 0,04 mm/fordulat 4800 fordulat/perc 5 mm 62,831 mm 37,5 mm (abszolút) 0° 2mm 2 3° 9. táblázat: Marási paraméterek
Megjegyzés: A hornyok kimunkálásához „palást C” típusú marási módot választjuk.
35
26. ábra: Hosszvájat pozíciója A 26. ábrán folytatódik a horonykimunkálás további paramétereinek a listája. Az „X0” jelenti azt a kezdő pozíciót, ahonnan kezdi a gép a horony forgácsolását. „C0” jelenti az X-Y síkban való „X0” kezdőpontnak egy adott szöggel való eltolását. „Z0 = -65 mm” (abszolútban) mutatja, hol van az első horony helye a Z tengelyen. „C1” a második horony kezdőpontja, ami 180° -al el van fordítva az elsőhöz képest. „Z1” a második horony helye a Z tengelyen, ami 85 mm (szintén abszolútban értve). 5.1
Esztergagép, szerszámok és a munkadarab
A következő ábrákon a legyártott terméket és az esztergagépet, valamint a szerszámokat mutatom be.
36
27. ábra: Az esztergagép A fenti ábrán bal oldalt látható a tokmány, amibe be van fogva a legyártott termék. Vele szemben van az ellenorsón lévő tokmány. Az ellenorsó felett látszik a revolverfej a rászerelt szerszámokkal.
37
28. ábra: Gömbvégű marószár
29. ábra: Simító kés
38
6 ESZTERGÁN GYÁRTOTT MUNKADARAB SZKENNELÉSE
30. ábra: A szkenner a gyártmánnyal A 30. ábra bal oldalán látható a szkenner, ami egy háromlábú állványra van szerelve. Középen áll az asztal a forgó tányérral, amire a gyártmányt állítottam. A terméket be kell fújni fehér, letörölhető festékkel, mivel a fém fényes, szétszórja az őt megvilágító fény sugarait, így a szkenner nem tud számolni és képet alkotni. Mivel hengeres alakú a munkadarab fő része, jelölőkkel is el kell látni, hogy a szoftverben meg tudjuk találni az egyező pontokat. 6.1
Kalibrálás
A szkennelést mindig a kalibrálással kell kezdeni, azonban most nem csináltam új kalibrálást, hanem betöltöttem egy korábbi kalibrálás beállítását.
39
31. ábra: Kalibrálás betöltése Egy korábbi kalibrálási projektet a 31. ábra alján látható „recent projekt” ablakrészben lehet megnyitni. 6.2
Szkennelés
A szkennelési műveletet úgy kezdjük, hogy a főablakban ráklikkelünk a „Scan” ikonra, ezután a felugró menüben a „Contur Matching” ikonra kattintunk. 6.2.1
Inicializálás
Az első művelet a projekt inicializálása az „ Initialisation” ikonra klikkelve. Ugyanaz az ablak jön be, mint a 31. ábránál. Itt állítsuk be a fájl helyét, és adjuk meg az új projekt nevét. A projekt készítése a következő ablak felugrásával folytatódik, ami 33. ábrán látszik:
40
32. ábra: Inicializálás, felvétel lapfül A fenti ábrán különféle beállításokat lehet megtenni a lapfülökön végighaladva. Az általam használt beállításokat a következő táblázatokban foglaltam össze: Capture Type: felvétel típusa
Averaging to reduce noise: átlagérték számítás a zaj csökkentéséhez Number of captures: felvételek száma
Manual Brightness Settings: kézi fényesség beállítás Fickerless Shutter: stabilizátor
Standard: felvétel szabványos sebességgel (ennek az opciónak a használata ajánlott) Képek átlagolásának a száma. A 8-asat használjuk.
1, 2, 3, 4 3: Azt jelenti, hogy 3 kép átlaga 3 különböző intenzitású beállítással. „Yes”
„Yes”
„Yes” Stability Check: stabilitás vizsgálat 10. táblázat: Felvétel lapfül
41
Masking Algorithm: maszkolási algoritmus
Standard. Használjuk a More Data-t. Nem maszkolja ki a kevésbé jókat sem.
Masking Reliability: maszkolási megbízhatóság
A beállítható értékek: 1, 3, 5, 7, 9, 11 Erosion of Mask: magasabb érték, nagyobb 3: Azaz 3x3 pixel terület a maszkolt területen elhanyagolt terület a pixel körül alacsonyabb kívül. kontraszttal 11. táblázat: Maszkolás lapfül
2D-Subsampling: 2D mintavételezés
Preview: A háromszögek számának nagyobb mértékű csökkentése a gyorsabb számolás érdekében. Highest: Maximális tömörítés durva szkenneléshez.
3D-Mesh Compression: 3D háló tömörítés Input Data: kimenő adatok
Stereo maradjon.
12. táblázat: Háromszögelés lapfül
Standard Filter Radius: sztenderd szűrő sugár
1 x Pixelsize: nincs adatsimítás
Standard Filter cycles: sztenderd szűrő ciklusok
Választható 1..9. A zajok eltávolítására használjuk az 1-est.
Maximum Change:
A maximális változás, amit megengedett használni a modellre. [mm]
Maximum angle: maximum szög 13. táblázat: Háló szűrő lapfül
42
Reduce Outlier Triangles: kívülálló háromszögek csökkentése
Yes.
No. Nem töröl ki semmit. Remove small parts: kis részek törlése 14. táblázat: Feldolgozás lapfül
Align:
Always interactive: mindig interaktiv. Ezt használjuk.
Align reliability:
Ignore reliability: megbízhatóság figyelmen kívül hagyása. 15. táblázat: Align lapfül
Addition Texture snap: pillanatfelvétel
No: A textúrának nincs külön pillanatfelvétele.
Color Camera: színes kamera
Yes: színes kamera
Reload Texture:
No: nem tölti be újra a textúrát az adatbázisba
Stereo Color Source: sztereó színes forrás
Left Camera: bal kamera választása a szín feltérképezésére Javasolt a bal. 16. táblázat: Textúra lapfül
Automatic Backup: automatikus mentés
Legyen Yes. Előtte vagy utána néhány deifinált funkció automatikusan mentődik. All: mindegyik
Number of displayed scans: a megjelenített beolvasások száma
43
50 Hz.
Capture Frequency: a felvétel frekvenciája
No: Fekete/fehér textúra Color Code of Data Type: adattípus színkódja 17. táblázat: Opció lapfül
2D-Filtertype: 2D szűrőtípus
No filter: nincs simítás a 2D adatokon.
Area of 2D-Filter: 2D szűrő területe
Kernel 3x3 (alapértelmezett)
18. táblázat: Haladó lapfül
6.2.2
Beolvasás
A szkennelési ablakot a 33. ábra mutatja. Az ablak közepén látszik az a kép, amit a bal és jobb oldali kamera lát. Az exponálási beállítások alatt a HDR linkfaktort kapcsoljuk ki. A szenzornál a lézert érdemes aktívvá tenni, mert így felvételkor a szkennert könnyebb beállítani. Mindig próbáljuk meg a két kamera lézerfényét egy pontba fókuszálni, mert így könnyebben be tudja digitalizálni a szkenner a tárgyat a kívánt pozícióba. Érdemes még a felvétel indítása előtt egy automatikus exponálást végezni. Állítsuk be a tárgyat a kívánt pozícióba, ha kész kattintsunk az OK gombra és elkezdődik a szkennelés.
44
33. ábra: Szkennelési ablak Miután a második képet is felvettük, meg kell keresni az egyező képpontokat az előző és a jelenlegi képen. A pontok kijelölése a CTRL + bal egérgombbal történik, amit a következő ábra is mutat.
34. ábra: Az egyező pontok kijelölése
45
Az OK gombra klikkelve egy párbeszéd ablak jelenik meg, ahol azt állíthatjuk be, hogy milyen pontossággal találja meg a program a kijelölt pontokat.
35. ábra: Párbeszédablak
Subsampling: Mintavételezés.
1/1: Nincs ritkítás, mindegyik pontot felhasználja a program a sorba rendezéshez. 1/100: Nagy ritkítás, csak minden századik pontot használja fel a kalkulációra. Maradjon ez az alapértelmezett beállítva. Auto: Kezdéskor minden 64. pontot használja, a következő lépésnél már minden 4. pontot fogja használni a sorba rendezéshez.
Search Range: keresési terület
Az érték, amit megadunk, a maximális térköz a beolvasások között, amelyeket figyelembe vesz a szoftver.
max. Iterations: az iterációk száma
Hány iteráció, amivel a program megtalálja a pontokat.
19. táblázat: Párbeszédablak magyarázata
46
Amire itt érdemes figyelni, hogy az iterációknál, amit megjelenít a „Distance” távolság és a „Convergence” konvergencia 0 vagy ahhoz nagyon közelítő értékű legyen. Az RMS érték 125-ös számú lencsénél 0.03-tól kisebb, a 300-asnál 0.04-nél kisebb, a 400-asnál 0.05-nél kisebb legyen. Ezt az iterációk számának növelésével és a keresési terület értékének csökkentésével lehet elérni. 6.2.3
Feldolgozás
A feldolgozás menüben tudjuk összeilleszteni a beolvasott képeket. Az adatokat itt is el lehet menteni, 3D-s adatbázist tudunk betölteni. Jelölőket ki lehet vágni, simítást és a lyukak eltüntetését is meg lehet csinálni. Ezeket inkább a Geomagic szoftverrel végezzük, mivel könnyebben lehet végezni forgatásokat, nem utolsó sorban egy művelet visszavonását, amire különösen felhívnám a figyelmet, mert itt az Optocat-ben ez nem lehetséges. Így, ha a tárgy körül a beszkennelt asztalt le akarjuk vágni, hogy kevesebb helyet foglaljon a fájl, akkor csak a nagy részét vágjuk le, a többit majd a Geomagic-ben finomítjuk. A képek összeillesztését a „Merge” ikonra kattintva kezdjük. Ekkor a következő ablak ugrik elő:
36. ábra: Képek összeillesztése „Run smart filter on STL” legyen „Yes”. Tehát smart szűrő futtatása az STL fájlon be van kapcsolva. Itt lehet megadni, hogy milyen formátumba mentse a szoftver az összeillesztett képfájt. A fájl nevét tudjuk módosítani. Be lehet még állítani, hogy megjelenítsen-e a program egy sorozatképet a végső eredményről. A „Smoothgroup” lapfül alatt a következő beállítások lehetségesek:
47
37. ábra: Smoothgroup lapfül Calculate Filter Radius: szűrő sugara
Definiálni lehet, hogy a sugarat automatikusan számolva, vagy egy értéket használjon. Yes
Filter Radius: Szűrő sugara Az alapértelmezett 60°. Filter Angle: Szűrő szöge A szűréshez az iterációk száma 1-10-ig lehetséges. Nagyobb szám kisebb sugárral jobb minőséget eredményez. Az alapértelmezett 2.
Iteration:
Reliability: megbízhatóság
Nagyobb érték beállításához változatlanul jobb minőségű pontok tartoznak. A simítás mértékét definiáljuk. 0 nincs
Smooth color:
simítás, 100 közepes simítás, 200 erős simítás 20. táblázat: Smoothgroup lapfül magyarázat
A következő lapfülön az összeillesztéshez vannak beállítási lehetőségek: Calculate Min. Distance: Szintén meg lehet adni, hogy automatikusan számolja a távolságot vagy egy értéket használjon a szoftver. Yes/No lehetőségek vannak. Ahol a pontok távolsága kisebb, mint ez az érték össze illeszti őket egy pontba. 48
Calculate Max. Distance: Ahol a pontok közötti távolság nagyobb, mint a megadott érték nem fogja őket összeilleszteni.
38. ábra: Összeillesztés A szűrő lapfül alatt meg lehet adni a háló szűrő iterációjának a számát a tömörítés előtt és után, amelyet a 39. ábra mutat. A 0 az alapértelmezett érték, ami azt jelenti, hogy nincs szűrés.
39. Szűrő Ha minden beállítást elvégeztünk a program összeilleszti a felvételeket. Az összeillesztett fájl már alkalmas arra, hogy pl. a Geomagic-ben tovább feldolgozzuk. 49
7 A BESZKENNELT GYÁRTMÁNY ÖSSZEHASONLÍTÁSA A CAD MODELLJÉVEL
7.1
A digitalizált kép javítása Geomagic-el
A Geomagic szoftverrel megnyitjuk az Optocat programmal készített 3D képünket, az „*.stl” fájlt. A geometriánk felszíne nem tökéletes, előfordulnak lyukak, durva érdességek, egyéb hibák. A lyukakat a „Polygons” lapfül alatt a „Fill Holes” menüben lévő ikonokkal tudjuk kitölteni. Választhatunk, hogy vagy kitölti a szoftver automatikusan egyszerre az összes lyukat, vagy mi egyenként. Gyakran lehet olyan része a tárgynak, amit a szkenner nem lát, ezeket a részeket nekünk kell újraépíteni, a program nem tudja megfelelően. Három lehetőség közül választhatunk: vagy egy zárt lyukat tömünk be vagy egy félig nyitottat vagy ami két oldalról nyitott. A lyukak betömése után használjuk a „Mesh Doctor”-t. A következő ábra mutatja ennek a menüjét.
40. ábra: Mesh Doctor
50
A Mesh doctor segítségével a geometriai háló hibáit ki tudjuk javítani. A csúcsokat el tudjuk távolítani. Itt is el tudjuk végezni a lyuk kitöltést. A „Smooth” lapfülben egy relaxációt beállíthatunk a geometriára, ami kisimítja egy sokszög hálóját az egyes sokszögek közötti szögek minimalizálásával. 7.2
CAD modellel való összehasonlítás
Az összehasonlítás úgy kezdődik, hogy beimportáljuk a CAD fájlt. Ezután össze kell illesztenünk a beszkennelt geometriát és a modelt, amit az „Alignment” lapfül alatt az „Object Alignment” menüben a „Best Fit Alignment” ikonra kattintva a szoftver elvégez. A „Tools” lapfül alatt az „Analysis” menüben a „Deviation” ikonra klikkelve kimutatást készítünk, hogy megtudjuk mekkora az eltérés. A 41. ábra illusztrálja az általam beszkennelt gyártmány analízisét.
41. ábra: Eltérés analízis A szoftver a munkatér bal oldalán egy színskálát készít azokkal a határértékekkel, amit mi előzőleg beállítottunk. Ennek a színskálának megfelelően a geometriát is beszínezi, így szemléleti, hogy a test mely részein mennyi az eltérés. A teljes képernyő bal alsó sarkában látható egy statisztika lapfül, ami megjeleníti az átlagos eltérést pozitív és negatív irányba, valamint az átlagos eltérést. A spektrum lapfülben finomíthatjuk a határértékeket, a megjelenített színlépcső számát is beállíthatjuk. Az ábrán halványzöld színnel látszik, hogy a henger nagy része megegyezik a modell méretével, azonban a gömbön és a talp kifutásánál fél 51
miliméteres az eltérés, amit a szoftver halványkék és sárga színnel jelenít meg. A hornyok szkennerrel való mérése sikertelen volt. A 41. ábra mutatja h az eltérés analízisnél a szoftver ezt a területet sötét narancssárga, helyenként piros színnel jeleníti meg, vagyis másfél milliméter a hiba. Még úgy sem tudott helyes horony geometriát számolni és leképezni a szoftver, hogy előzőleg a tervezés során gömbszerű alaksajátosságot definiáltunk. A képek összeillesztése után feltűnt, hogy jobban ránagyítva a talp kifutásánál az első és utolsó képek nem illeszkednek össze, hanem elmennek egymás felett. Ennek az az oka, hogy a körasztal csapágyazásának nagy a játéka, valamint a csapágyazás az asztalra ragasztott szivacsra lett téve. Felülről rápillantva a munkadarabra a körasztal forgatása közben excentrikus mozgás figyelhető meg. A hiba kiküszöbölésére terveztünk és legyártottunk egy körasztalt, ahol már nem észlelhető csapágy játék, valamint ki is lehet vízszintezni három állító csavarral. Az új körasztal a következő ábrán látható.
42. ábra: A legyártott körasztal Még egy mérést elvégeztem az új körasztallal, aminek az eredményei az alábbi ábrán láthatóak:
52
43. ábra: Az új eltérés analízis eredményei A 43. ábrán látható, hogy a színskála tartományát még részletesebbre vettem, mint az a 41. ábrán látható. A hornyokat itt sem sikerült mérni. A gömb egy kis részén észrevehető az a vörössel jelzet terület, ahol nagy eltérést mutat a szoftver, ennek az az oka, hogy a képeket nem tudta az Optocat jól összeilleszteni, elmentek a rétegek egymás felett. A talp kifutásánál nem jelentkezett hiba. A színskála +0,520 és -0,496 mm eltérést mutat a szimmetria tengely vonalától balra és jobbra.
53
7.3
Méretellenőrzés mikrométerrel
A mérések a gyártmány hengeres és gömbszerű részén a 44. ábrán látható helyeken történtek. A CAD modellhez képest az eltérés a gömbön 8 század milliméter, a hengeres részen 5 század milliméter.
44. ábra: Méretellenőrzés mikrométerrel
54
8 MUNKADARAB TERVEZÉSE CNC MARÓGÉPRE 8.1
Tervezés DMU40 marógépre
A CNC marógépre való munkadarab tervezése során az volt a cél, hogy hasonló próbadarabot tervezzek, amit az esztergán legyártottunk. A követelmények itt is ugyanazok voltak. Ennek megfelelően a következő ábra vázolja az általam megtervezett munkadarabot:
45. ábra: A marógépre tervezett munkadarab elől és hátulnézetből A 45. ábra mutatja, hogy a munkadarab áll egy D60 átmérőjű gömbből, ami egy D40 hengeren ül és van egy alja, ahol történne a leszorítás. A gömb tetejére tettem egy 2,5 mm mély körzsebet, D5 átmérőjű gömb zsebeket, valamint a gömbre elhelyeztem 3 gravírozandó alakot. A munkadarab legyártása a Szerszámgépek Tanszékének DMU40-es Heidenhain vezérlésű marógépén fog történni. A CAM programot a Top Solid tervezőrendszerrel fogom elkészíteni. A tervezett próbadarabot 5D megmunkálással lehet legyártani, azonban a CAM program készítése során egy olyan probléma adódott, hogy a leszorítás során nem lehet elég magasra kiemelni a próbadarabot, kicsi a gép munkatere (z = 480 mm). Vagyis ahhoz, hogy a B tengely beforduljon az alámetszésekhez bele menne a B tengely a satuba. A fentiekben leírt okok miatt új próbadarabot kellett terveznem, amit a 45. ábrán látszik. 55
46. ábra: Az újratervezett munkadarab oldalt és felül nézetből A próbadarabot úgy próbáltam kialakítani, hogy elkerüljem az alámetszést, ezért csak egy fél gömbszerű résszel láttam el, ami tartalmaz zsebeket, gravírozást is. 8.2
DMU40 marógép [7].
47. ábra: DMU 40 marógép
56
Vezérlés:
Heidenhain Munkatér (mm) X Y Z
Szerszámtárban lévő szerszámhely: Max. motor fordulatszám : Leadott teljesítmény 40/100% DC (kW) Max. nyomaték 40/100% DC (Nm) Szerszémbefogó mérete:
450 400 480 16 12000 1/min 15/10 130/87 DIN SK40
B tengely Elfordulási idő: Elfordulási tartomány: 0=függőleges/-90=vízszintes Elfordulási idő: Max. gyorsulás:
1,5 sec 30°/-95° 1,5 sec 2300 1/s2
C tengely (körasztal) Átmérő: Max. gyorsjárat és előtolás:
450mm 60 m/min
21. táblázat: A marógép technikai adatai
57
9 SZERSZÁMKIVÁLASZTÁS MARÓGÉPHEZ 9.1
Előgyártmány választása marásra [8]
Marási feladathoz C45 (1.0503) típusú körszelvényű rúdacél előgyártmányt választottam, melynek átmérője Ø109. C45 jelű acél egy normalizált szállítási állapotú, ötvözetlen, nemesíthető acél, amelynek a folyáshatára ReH = 275 N/mm2, szakítószilárdsága Rm = 560 N/mm2, keménysége HB=200. Az előgyártmány keretes fűrészgéppel méretre lett vágva, amely után az alapanyagunk hossza 93 mm. 9.2
Szerszámválasztás
A kontúr nagyolását egy D20 ujjmaróval fogjuk csinálni. A félgömb simítása D16 gömbmaróval fog történni. A hornyok, és gravírozott alakok kimunkálását D5 keményfém ujjmaróval és azzal a D5 gömbmaróval végezzük, amivel korábban már az esztergán is dolgoztunk. 9.2.1
D20 ujjmaró kiválasztása katalógusból [10]
Először fellapozzuk a Sandvik katalógusában az „Anyag referencia listát”. Megkeressük, hogy a mi C45 anyagunknak milyen szám felel meg a katalógusban. A CMC kódja az anyagnak 01.2.
48. ábra: A Sandvik anyagjelölése
58
A következő lépésben megkeressük a nekünk megfelelő tömör keményfém marószárat.
49. ábra: Az ujjmaró kiválasztása Olyan tömör keményfém ujjmarót választottam, aminek az átmérője 20 mm, a teljes hosszúsága 105 mm, a forgácsoló élhossza 38 mm és 4 kereszt éle van. A befogó típusa Weldon, de mi majd patronba fogjuk befogni. GC1630 az anyagja a katalógusban. Miután kiválasztottuk a marószárat, meg kell nézni, hogy a katalógus milyen forgácsolási sebességet és előtolást ajánl.
50. ábra: Forgácsolási sebesség táblázat
59
A katalógus által javasolt forgácsolási sebesség 135 m/perc, ezt átszámítva vágósebességre a következő fordulatszámot kapjuk.
51. ábra: Előtolás táblázat A katalógus fz = 0,078 mm fogankénti előtolást javasol. Az előtolást a következő képlettel számoljuk ki:
60
9.2.2
D16 gömbmaró kiválasztása katalógusból
A D16 gömbmarót az ATORN gyártó katalógusából választottam ki, amit az 52. ábra mutat.
52. ábra: D16 gömbmaró kiválasztása A szerszám adatait az alábbi táblázatban foglaltam össze. Szerszám anyaga: Átmérő: Teljes hossz: Forgácsoló él hossza: Élek száma:
HSS-E 20 mm 123 mm 63 mm 2
22. táblázat: A gömbmaró adatai
61
9.2.3
D5 keményfém ujjmaró kiválasztása [4]
A D6 ujjmarót a Sandvik katalógusából választottam ki.
53. ábra: D5 ujjmaró kiválasztása A fenti táblázatban látható, hogy a szerszám teljes hossza 54 mm, a forgácsoló élek hossza 13 mm és az éleinek a száma 4.
54. ábra: D5 ujjmaró forgácsolási sebesség táblázat
Az következő ábra mutatja a fogankénti előtolás értékeket.
62
55. ábra: D5 ujjmaró előtolás érték táblázata Az előtolás táblázat fz = 0,021 mm fogankénti előtolást ajánl, ami átszámolva az alábbi képlettel 288 mm/fordulatos előtolást jelent.
63
10 CNC PROGRAM ELKÉSZÍTÉSE TOP SOLID SZOFTVERREL 10.1 A szerszámok és a befogók létrehozása Top Toolban 10.1.1
D20 ujjmaró
Először mindig a szerszámot hozzuk létre, eszerint MARÓ, majd UJJMARÓ szerszámot választunk.
56. ábra: D20 keményfém ujjmaró létrehozása A fenti ábrán látható, hogy a következő paraméterekkel definiáltam a D20 ujjmaró szerszámot. A „forgácsolási hossz” jelenti a szerszámnak a vágó él hosszát, ami 38 mm. A „Z programozási távolság” jelöli azt a tartomány, ami között ki lehet húzni a marószárat a befogóból, ezt 71 mm-re állítottam be. A szerszám anyaga „CARBURE” jelöli azt, hogy keményfém a marószár. A „lapka típusa: MONOBLOC” azt jelenti, hogy tömör marószár a szerszám. Megmunkálási funkció szerint nagyoló, elősimító és simító szerszám. A szerszám csatlakozó típusa QC20. A következő lépés a szerszám befogó meghatározása, amit a következő ábra mutat.
64
57. ábra: QC20-SK40 befogó létrehozása A befogó létrehozása után készítjük el az összeállított szerszámot, mert a Top Solid csak ezzel tud dolgozni.
58. ábra: D20 maró komponensek kiválasztása A szerszám összeállítás során az összeállításhoz hozzá kell adni a D20 ujjmarót és az SK40 szerszám befogót, majd adunk az összeállított szerszámnak egy nevet.
65
59. ábra: D20 keményfém ujjmaró összeállítása 10.1.2
D5 gömbmaró
A D20 ujjmaró létrehozásához hasonlóan, ugyanúgy készítjük el a D5 gömbmaró szerszámot. Ebben az esetben a Top Toolban a MARÓ, majd azon belül a GÖMBARÓT választjuk.
60. ábra: D5 gömbmaró létrehozása A szerszám vágóélének hossza 18 mm. 21 és 50 mm között lehet kihúzni a befogótól. Meghatároztam, hogy simítási megmunkálásra való és 2 kereszt éle van. A befogó típusa QC6, azaz a befogási felület átmérője nagyobb, mint a forgácsoló élek átmérője. A következő lépésben létrehozzuk a befogót, ami a következő ábrán látszik.
66
61. ábra: QC6-SK40 befogó létrehozása
62. ábra: D5 gömbmaró összeállítása A D5 gömbmaró összeállítását a fenti ábra mutatja. Ahogy azt tettük itt is hozzáadjuk a komponenseket az összeállított szerszám definiálásához.
67
10.1.3
D16 gömbmaró
63. ábra: D16 gömbmaró létrehozása A 63. ábrán látható, hogy meghatároztam a forgácsoló él hosszát, amit 63 mm. A programozási távolságot és a zseb mélységet beállítottam 68-98 mm között. Szerszámanyagnak HSS-E szerszámanyagot választottam. Megadtam tovább, hogy 2 éle van a gömbmarónak, QC16-os befogóba illeszthető, valamint a teljes szerszámhossz 123 mm.
64. ábra: QC16-SK40 befogó létrehozása A szerszám összeállítása során a 64. ábrán látható komponenseket választottam ki.
68
65. ábra: D16 gömbmaró komponensek
66. ábra: D16 gömbmaró szerszám összeállítása 10.1.4
D5 ujjmaró
67. ábra: D5 keményfém ujjmaró létrehozása
69
A D5 ujjmaró anyagának típusa „carbure”, vagyis keményfém. A marószár vágó élének hossza 13 mm. Beállítottam a szerszám kihúzását 21 és 21 mm közé. 4 kereszt éle van a szerszámnak. QC6-os a csatlakozása a befogóhoz, vagyis ugyanolyan patronba kell beszorítani, mint a D5 gömbmarót. Megadtam azt, hogy nagyolásra, elősimításra és simításra is lehet használni, valamint hogy a teljes hossza 50mm.
68. ábra: D5 keményfém ujjmaró szerszám összeállítása 10.2 Munkadarab beimportálása a CAM környezetbe és a munkatér létrehozása A bal oldalt lévő oszlopban az előkészítés menüre kell belépni . A megtervezett munkadarabot koordináta rendszerből koordináta rendszerbe mozgatással behozzuk a CAM környezetbe. Ezután meg kell határozni a munkaterünket, amit a fenti menüsorból a következő ikonnal definiálunk . Kijelöljük melyik az alapanyagunk, melyik a munkadarabunk és mi a referencia síkunk. Alapanyagnak egy D109,4 mm átmérőjű és 93 mm magas hengert definiáltam.
70
10.3 3D kontúrmarás A bal oldalt lévő oszlopban most a menüben a 3D nagyolást.
3D marást választjuk, ezen belül pedig a fenti
69. ábra: A munkadarab 3D kontúr nagyolása A 69. ábra a 3D kontúrnagyolás kiszámított szerszámpályáit mutatja piros vonalakkal. A következő ábrákon az általam beállított paraméterek látszanak:
70. ábra: 3D kontúr nagyolás-főablak
71
Alsó ráhagyásnak 0, oldalsó ráhagyásnak 0,2 mm-t adtam meg, tűrés 0,05 mm. Összehasonlítási értéknek meghagytam a 0,6. Ami azt jelenti, hogy az alapanyag és munkadarab között azokat a területeket fogja a számításokhoz figyelembe venni, ami nagyobb 0,6 mm-től. Z lépésnek 1 mm értéket állítottam be, ami a fogásmélységet jelenti. Közbenső szerszámpálya kezelést is használtam annak az értéke 0,5 mm.
71. ábra: 3D kontúr nagyolás-stratégia A kontúrmarási stratégiát úgy kiviteleztem, hogy a pályarendezés Z szintenként történik, a visszatérést csak akkor engedélyezem, ha szükséges és optimalizálva, valamint a fogásvétel lejtőn történik. Síkfelületek marását engedélyeztem, az átlépés nagyobb, mint 14 mm.
72
72. ábra: 3D nagyolás-területek lapfül
73. 3D nagyolás A fordulatszámot 2500 fordulat/percre állítottam be, előtolásnak pedig 1100mm/perc értéket adtam.
73
10.4 A palástfelület 3D simítása A 74. ábra a palást simításához a szoftver által kiszámított szerszámpályákat szemlélteti:
74. ábra: A palástfelület 3D simítása
75. ábra: Palást simítása-főablak
74
A palást simítását Z szint módszerrel végeztem el. Alsó és oldalsó ráhagyást nem engedélyeztem, a tűrés 5 μm. Maximális érdesség magasságnak 0,1 mm-t adtam meg, 2 mmenkénti fogásokkal. A minimális szög 80°, a maximális 90°. Definiáltam nem hozzáférhető területeket, a szűrési átmérő nagyobb, mint 35 mm.
76. ábra: Palást simítása-stratégia A pálya rendezése zsebenként történik. A szerszám be és kivezetését érintőlegesre állítottam be. A bevezetési rádiusz 15 mm, a szög 75°. A kivezetési távolság 15mm szintén, a kivezetési szög 60°.
77. ábra: Palást simítása-területek
75
Határoknak megadtam egy Zmin 24 mm-t és egy Zmax 91 mm értéket. A forgácsolási paraméterek ugyanazok maradtak, mint a kontúr nagyolásánál. 10.5 A munkadarab tetején lévő körzseb nagyolása
78. ábra: Körzseb nagyolása A 78. ábrán látható a körzseb nagyolásának szerszámpályája. Az erre vonatkozó beállításokat a 79. ábrán keresztül mutatom be.
79. ábra: Körzseb nagyolása-stratégia
76
A pálya rendezése zsebenként megy, a visszatérés csak akkor engedélyezett, ha szükséges és ez optimalizálva van. A fogásvételi eljárást spirális úton adtam meg. A lejtő szöge 2°, a minimális rádiusza 5 mm, a hélix rádiusz szintén 5 mm, a hélix minimum rádiusza 2,5 mm.
80. Körzseb nagyolása-területek A határok Z irányban 88-tól 91 mm-ig terjednek. Definiáltam egy határgörbét a zseb peremén, majd beállítottam, hogy a szerszám határolása ezen belül legyen. Megadtam még egy kiegészítő felületet a zseb alján, hogy azt is munkálja meg a gép. A főablakban meghatároztam az alsó ráhagyást 0,1 mm-re, míg az oldalsó ráhagyást 0,2 mmre és megadtam a tűrést 0,05 mm-nek. A forgácsolási paramétereknél történt beállítások ugyanazok, mint a 3D kontúrmarásnál.
77
10.6 A félgömb 3D simítása A 3D simítási műveletet a fenti menüsorban lévő ikonra kattintva tudjuk létrehozni. Ehhez a művelethez D16 gömbmarót fogunk használni és állandó érdesség szerint állítjuk be a következő paramétereket.
81. ábra: 3D simítás - főablak A munkadarab simítását állandó érdesség módszere alapján határoztam meg. Alsó és oldalsó ráhagyást (köszörülési ráhagyás) nullára vettem. A tűrés 2 μm-nek, az érdességi magasság pedig 4 μm-nek vettem. A határolási eljárást szerszám tengelyére adtam meg.
78
82. ábra: 3D simítás – stratégia Az éllépési módnak „Külső éllépéseket” adtam meg, valamint beállítottam, hogy ne legyen megállítás a pálya vége előtt. A szabad mozgás szintén optimalizált. A be és kivezetési eljárás érintőleges.
83. ábra: 3D simítás – forgácsolási paraméterek A főorsó fordulatszámát 800 fordulat/percre, míg a szerszám előtolását 176mm/percre állítottam be.
79
84. ábra: 3D simítás szerszámpálya A 84. ábrán a félgömb simítására kiszámolt szerszámpályákat lehet látni. 10.7 Gömb tetején lévő zseb simítómarása A munkadarab tetején lévő zsebet D5 gömbmaróval fogjuk simítani. Az érdességi paraméterek, tűrés változatlan. Létrehoztam egy görbét a zseb peremén, ami mentén fogja a gép a simítást elvégezni. Z minimumnak 88 mm-t adtam meg, ami a próbadarab aljától számolva a zseb aljáig tart. A forgácsolási sebesség 1500 fordulat/perc, az előtolás 600 mm/min. A 85. ábra mutatja a Top Solid által kiszámított szerszám pályákat.
80
85. ábra: A gömb tetején lévő zseb simításának szerszámpályája 10.8 Hornyok nagyolása A hornyok nagyolását 3D nagyolásból 5D átalakítással munkáltam ki, aminek a beállításait az alábbi ábrák mutatják.
86. ábra: Hornyok nagyolása-főablak 0,15 mm alsó és oldalsó ráhagyást adtam meg 0,05 tűréssel. A fogásvételek 0,3 mm-enként történnek. A külső hézag méret 2mm, az átlépés pedig 4.2 mm. A megmunkálási eljárás követő kontúrozás.
81
87. ábra: Hornyok nagyolása-stratégia A megmunkálások zsebenként fognak történni, munka előtolásban. A visszatérést csak akkor teszi a gép, ha szükséges és optimalizáltam az értékét. A fogásvételek munka előtolásban lesznek.
88. ábra: Hornyok nagyolása-területek Ebben a lapfülben a legfontosabb beállítás a határgörbe kijelölése és a szerszám határolás típusa, ami jelen esetben „Szerszám kívül”.
82
89. ábra: Hornyok nagyolása-forgácsolási paraméterek A főorsó fordulatszámát 9000 fordulat/perc, a fogankénti előtolás 0,017 mm, a szerszám előtolás 600 mm/perc.
90. ábra: 5D átalakítás beállításai
83
A be és kivezetési eljárást „Szerszám” módon történik. A számítási mód automatikus billentés előretekintéssel. Az előretekintési sugár 7,5 mm, a maximális billentési szög 45 °, a minimális szög 0°. A „Safe path” lapfülön a visszatéréseknél beállítottam, hogy a B tengely ne térjen mindig vissza a fogások után az alaphelyzetbe, amivel nagyon sok időt meg lehet spórolni, mivel ez a művelet nagyon lassú.
91. ábra: Nagyolásnál a hornyok szerszámpályája A 91. ábrán a kiszámított szerszámpályákat lehet látni.
84
10.9 Hornyok simítása A hornyok simítását ugyanúgy 3D-ből 5D-be való átalakítással készítettem el, mint a nagyolásnál. A simítást „Párhuzamos síkok” módszere alapján állítottam be. A definiált simítási paramétereket a következő ábrák szemléltetik.
92. ábra: Hornyok simítása-főablak Az alsó és oldalsó ráhagyás értéke, a tűrés 2 μm. Az érdessé magasság 3 μm, amiből a szoftver 0,173 mm fogásmélységet számított. Az irány kisebb, mint 90°. A minimális szög 0°, a maximális 90°.
85
93. ábra: Hornyok simítása-stratégia
94. ábra: Hornyok simítása-területek A területek lapfül alatt határgörbékkel kijelöltem a megmunkálandó hornyokat, valamint beállítottam, hogy a szerszám határolás típusa „Szerszámon kívül” legyen.
86
95. ábra: Hornyok simítása-forgácsolási paraméterek Megadtam, hogy a fordulatszám 1600 1/fordulat, valamint a fogankénti előtolás 0,06 mm legyen, így a szoftver 192mm/perc szerszám előtolást számolt.
96. ábra: Simításnál a kiszámított szerszámpálya A 96. ábrán észre lehet venni, hogy sokkal sűrűbben helyezkednek el a szerszámpályát jelölő vonalak, mint ami a 91. ábrán a nagyolásnál látható, illetve a hornyokon alakját lefedik a szerszámpályák teljesen. 87
11 ÖSSZEFOGLALÁS Munkám során a Siemens UGS NX 7.5 rajzprogrammal megterveztem egy a tervezési feltételeknek megfelelő hengerszimmetrikus munkadarabot eszterga gépre. A legyártásához definiáltam egy S355 jelű hengerelt, köracél típusú Ø65 átmérőjű előgyártmányt, melynek hossza a méretre vágás után 200 mm. A munkadarab megmunkálására két szerszámot választottam ki. Egyet a kontúr leesztergálásához (nagyolási és simítási művelet) és egyet a hornyok kimarásához. A kontúr megmunkálására a KENNAMETAL cég VBMT 160404 LT típusú simító lapkáját választottam, a horony marásához pedig a Walter nevű gyártó P312674 jelű bevonat nélküli HSS gyorsacél gömbvégű marószárat. Azért használunk a nagyolás során simító lapkát, mivel a nagyoló lapka a geometriája miatt (profilszög) nem férne el a gömb mögött. A gyártást a Szerszámgépek Tanszék „CTX Alpha 500” nevű revolverfejes NC esztergagépén végeztük el. A szkennelést a tanszék Breuckmann smartSCAN3D-HE” típusú 3D optikai szkennerével végeztem. A Geomagic szoftverben finomítottam a digitalizált geometrián és ezt összevetettem a gyártmánynak a korábban elkészített a CAD modelljével. Az eltérés analízis színskálájával lefedett geometrián látszik, hogy mely területeken mekkora az eltérés a beszkennelt munkadarab és annak CAD modellje között. Halványzöld színnel látszik, hogy a henger nagy része megegyezik a modell méretével, azonban a gömbön és a talp kifutásánál fél milliméteres az eltérés, amit a szoftver halványkék és sárga színnel jelenít meg. A hornyok szkennerrel való mérése sikertelen volt, a hiba pedig másfél milliméter. Még úgy sem tudott helyes horony geometriát számolni és leképezni a szoftver, hogy előzőleg a tervezés során gömbszerű alaksajátosságot definiáltunk. A gömb és a talp kifutásánál lévő fél milliméteres hiba, valamint a képek összeillesztése után a talp kifutásánál az első és utolsó képek nem illeszkednek össze megállapítható, hogy a körasztal csapágyazásának nagy a játéka. Felülről rápillantva a munkadarabra a körasztal forgatása közben excentrikus mozgás figyelhető meg. A hiba kiküszöbölésére terveztünk és legyártottunk egy körasztalt, ahol már nem észlelhető csapágy játék. A gyártás után több helyen végeztem méretellenőrzést mikrométerrel. A CAD modellhez képest az eltérés a gömbön 8 század milliméter, a hengeres részen pedig 5 század milliméter. Munkám következő szakaszában terveztem egy olyan munkadarabot a szerszámgépen tanszék Heidenhain vezérlésű marógépére, ami szintén rendelkezik szabad felületekkel és egyéb alaksajátosságokkal, figyelembe veszi a gép munkaterét, valamint 3D szkennelésre is alkalmas legyen.
88
Marási feladathoz C45 (1.0503) típusú körszelvényű rúdacél előgyártmányt választottam, melynek átmérője Ø109 és hossza méretre vágás után 93mm. A gyártáshoz Sandvik D20 keményfém ujjmarót, Atorn D16 HSS gömbmarót, Sandvik D5 keményfém ujjmarót és Walter D5 HSS gömbmarót választottam. Katalógusok ajánlásai alapján meghatároztam a fordulatszámokat és az előtolásokat. A marógépre a CAM programot a Top Solid szoftverrel készítettem el. A szoftverben definiáltam a szerszámokat, az alapanyagot, munkadarabot és a munkateret. Megrajzoltam az eszterga tokmányt, amibe befogjuk a munkadarabot, valamint a lefogatókat. Először nagyoltam, majd lesimítottam a kontúrt és megmunkáltam a gömb tetején lévő kör alakú hornyot. Ezek után elkészítettem a többi horony nagyolási és simítási programját. A marógépen legyártott termék méretellenőrzését 3D mérőgéppel végeztük el, aminek a mérési jegyzőkönyvét a [9] melléklet tartalmazza. A mérés során a következő méreteket és alaktűréseket vizsgáltam: A talptól 24,5 mm távolságra lévő síklapnak és a gömb tetején lévő horony alsó sík felületének a távolságát, aminek a rajzi mérete 63,5 mm. Vizsgáltam a gömb kör alakúságát. Mértem az oldalfal kétféle sugarát, valamint az ezekből képzett hengerek merőlegességét a talptól 24,5 mm távolságra lévő síklapra. Konklúzió: A mikrométeres mérés szerint az esztergán gyártott termék a megtervezett modellhez képest méretpontosan lett legyártva. 3D szkennerrel elvégeztem több mérést, amiből a következőket vontam le: A hornyokat nem sikerült mérni. A gömb egyik részén a szoftver egy 1 mm eltérésű területet mutat, ami nagy hibának számít. Ennek az az oka, hogy a képeket nem tudta az Optocat jól összeilleszteni, elcsúsztak a rétegek egymás felett. A talp kifutásánál nem jelentkezett hiba. A színskála +0,520 és -0,496 mm eltérést mutat a szimmetria tengely vonalától balra és jobbra. A 3D mérőgéppel végzett mérési eredményeket a [4] mellékletben található munkadarab rajzával összehasonlítottam és a következőket állapítottam meg: A talptól 24,5 mm távolságra lévő síklapnak és a gömb tetején lévő horony alsó sík felületének a távolság eltérése 0,013 mm. A gömb kör alakúságának eltérése 0,023 mm. A rajz szerinti R18,83 mm sugarat vizsgálva a mért értékhez viszonyítva az eltérés 0,18 mm, az R57,1 mm sugárnál pedig 0,11 mm eltérés vehető észre. Ezekből a sugarakból képzett hengerek merőlegessége a talptól 24,5 mm-re lévő síklapra 0,027 mm és 0,016 mm. A mérési eredmények alapján a termék méretpontosnak tekintető, figyelembe véve azt, hogy a gyártmány marógépen lett legyártva. Esztergán vagy marógépen készült alkatrészek méret, illetve alaktűrés ellenőrzését nem érdemes 3D szkennerrel elvégezni, mert 2-5 tized milliméter tartományban dolgozik. Század és ezred nagyságrendű tartományba eső mérésekre alkalmatlan, javaslom a 3D tapintó mérőgépek használatát. 89
12 IRODALOMJEGYZÉK [1.] http://www.engineeringsupplies.co.uk/vbmt-160404-ku10t-carbide-insertskennametal-p-558.html megnyitva: 2012.11.12. [2.] http://www.kennametal.com/content/dam/kennametal/kennametal/common/Resources/ Catalogs-Litertaure/Metalworking/Master%20Catalog%20%20Metric%20Sections/A-1102679_MasterCat_stationary_ISO_ANSI_inserts_metric.pdf megnyitva: 2012.11.12. [3.] http://www.kennametal.com/content/dam/kennametal/kennametal/common/Resources/ Catalogs-Litertaure/Metalworking/Master%20Catalog%20%20Metric%20Sections/A-11-02679_MasterCat_stationary_toolholders_metric.pdf megnyitva: 2012.11.12. [4.] Walter Főkatalógus 2012 [5.] SIEMENS - SINUMERIK 840D/810D/FM-NC - Programozási utasítás Ciklusok; Kiadás:08.99 [6.] C_teng.pdf [7.] http://www.dmg.com/query/internet/v3/pdl.nsf/d5cce9a400a4a88bc125734c0033261d /$file/pm0uk12_dmumonoblock_series.pdf megnyitva:2013.03.30. [8.] http://www.steelnumber.com/en/steel_composition_eu.php?name_id=152 megnyitva:2013.03.30. [9.] Atorn katalógus [10.] Sandvik, Forgó szerszámok katalógus 2012
90
13 MELLÉKLET [1.] Felfogási terv [2.] Szerszámlista [3.] Rajz a 3 pofás eszterga tokmányról [4.] Rajz a megtervezett munkadarabról [5.] Képek a kontúrról [6.] Kép a hornyok 5D marásáról [7.] Kép a pozícionálási hibáról [8.] Képek a megmunkált hornyokról [9.] 3D mérőgép mérési jegyzőkönyv
91
92
93
94
95
Az elkészült kontúr [5]
96
Hornyok 5D marása [6]
Pozicionálási hiba [7]
97
A gyártmány elől nézetből [8]
T betű horony
98
Bal oldali horony
Jobb oldali horony
99
3D mérőgép mérési jegyzőkönyv [9]
100
101
102
