Ultraprecíziós megmunkálások Bevezetés a korszerű UP gépek felépítésébe
Hidrosztatikus ágyazás A hidrosztatikus ágyazás előnyei: • • • • • • • •
Nagy méret- és alakpontosság Nagyon jó csillapítóképesség Nagy merevség, ami a sebességtől független Nincs kopás, tartós pontosság Nincs súrlódás (nincs akadozó csúszás) Jó hőstabilitás Nem szükséges külön olajozás Mindezek a szerszám hosszabb éltartamát, élettartamát eredményezik 2
Hidrosztatikus ágyazás A zseb olajpárnája adott (p1*A) nagyságú terheléssel tart egyensúlyt. A növekvő terhelő erő csökkenti a vezeték hézagot (h), ami viszont növeli a zseb nyomását, mivel nő a rés fojtása. Megfelelő méretezéssel kellően merev (erő változás / hézag változás) vezeték alakítható ki. Modern lebegő vezetéknél a p tápnyomást szabályozzák (nagyobb terhelő esetén a szabályzó növelő a nyomást), így elvileg végtelen merevségű vezeték alakítható ki. 3
Az ágyazás kialakítása
Nagyobb terhelésekhez kettős (egymással szembenéző) kamrákat alakítanak ki. A két szembenéző kamrát egyenlő folyadékmennyiséggel táplálják. A terhelés hatására a résméretek ellentétesen változnak: a terhelt oldalon csökken, a másikon nő. Ahol a rés kisebb lett, ott a kamra nyomása nő (arányosan a terhelés növekedésével), a másik oldalon pedig a rés nő és a kamra nyomása csökken. 4
Közvetlen mérés Ilyen pontosságú megmunkálások esetén már nem szabad a golyósorsó menetemelkedésére hagyatkozni, mint ahogy azt tesszük a közvetlen mérésnél. Közvetlen mérést kell alkalmazni, ami azt jelenti, hogy a tényleges elmozdulást mérjük (közvetlenül) és nem a golyósorsó szögelfordulásának méréséből számítjuk az elmozdulást. A golyósorsó menetemelkedése is hibával terhelt, így nem megbízható a forgásjeladó által mért elmozdulás.
5
A gép felépítésének bemutatása egy UP esztergán keresztül Slantbed-Mikroturn® 50 CNC
6
Slantbed-Mikroturn® 50 CNC Technikai jellemzők: • Hidrosztatikus csapágyazású főorsó • Főorsó ütése < 0,1 µm • Főorsó fordulatszám-tartománya 10.000 ¹ /min
6.000 …
• Munkadarab mérete Ø 120mm x 100mm • Hidrosztatikus szánvezetékek • Gyorsmeneti sebesség 10 m/min • Z-tengely hossz 100 mm • X-tengely hossz 240 mm • Felbontás 0,01 µm • Ismétlőképesség ± 0,1 µm • Pozícionálási pontosság 1 µm/150mm • Siemens 840 D CNC vezérlés 7
Slantbed-Mikroturn® 100 CNC Technikai jellemzők: • Hidrosztatikus főorsó • Főorsó ütése < 0,1 µm • Sebesség tartomány 4.000, 6.000 of 10.000 ¹ /min • Mdb. méret Ø 130mm x 350mm • Hidrosztatikus szánvezetékek • Gyorsmeneti sebesség 10 m/min • Z-tengely úthossz 350 mm • X-tengely úthossz 240 mm • Felbontás 0,01 µm • Ismétlőképesség ± 0,1 µm • Pozícionálási pontosság 1 µm/150mm • Siemens 840 D CNC vezérlés 8
Eszterga vázszerkezetének felépítése Acéllemezekből hegesztett szerkezet, amit polimerbetonnal feltöltenek. Lényeg a nagy merevség és tömeg. Ferde ágyazás a forgácselvezetés céljából. Ez a hőstabilitás szempontjából fontos
9
Gránittömb felfektetése Gránit-tömb gumituskókra helyezése. A nagy tömeg és a gumi a rezgésszigetelést hivatott megvalósítani. Afrikai fekete gránit nagyon jó rezgéscsillapító.
10
Burkolat kialakítása A szerkezet burkolatának felhelyezése. A burkolatra és a vázszerkezetre szerelik fel a különböző funkciókat megvalósító részegységeket és azok kisegítő egységeit.
11
A főorsó ágyazása Hidrosztatikus csapágyazású főorsó Főorsót is gránittömbbe ágyazzák a rezgéscsillapítás céljából. Mikroturn 50-es szérián mozgó főorsó.
12
A szánvezetékek kialakítása A szánok is hidrosztatikus ágyazásúak. A szánok mozgatását precíziós golyósorsóval valósítják meg. A golyósorsó terhelését enyhítendő, pneumatika hengert alkalmaznak, mint ellensúlyt. Fontos a vezetékvédelem.
13
Szánvezeték mozgatása A golyósorsó terhelését enyhítendő, pneumatika hengert alkalmaznak, mint ellensúlyt. Fontos a vezetékvédelem. Útmérő rendszer közvetlen abszolút.
14
Munkadarab-cserélők Munkadarab cserélő rendszerrel felszerelhető a gép, a munkadarab nullpontjának bemérését a szerszámtárba helyezett (a képen Renishaw) munkadarabbemérővel valósíthatjuk meg. Így a megmunkálás automatizálható. A képen megfigyelhető a minimálkenés alkalmazása is.
15
Szerszám- és munkadarab-bemérő eszközök
16
Vezérlés A nagy pontosság fokozott követelményeket támaszt a vezérlés gyorsasága iránt. A nagy felbontás miatt sokkal gyorsabban kell számolni a vezérlésnek. A képen a Siemens 840D vezérlése látható, mellyel 0.01µm-es felbontás érhető el.
17
Automatizálás Ezek a szerszámgépek robotos kiszolgálással gyártócellává alakíthatók, mellé mérőrendszer telepíthető, amivel statisztikát is lehet készíteni az elkészült darabokról.
18
Automatizálás Robot cserélheti a munkadarabot.
19
Super-Mikroturn® CNC Technical specifications: • Hydrostatic spindle • Spindle run-out < 0,1 µm • Spindle speed 2.000 ¹ /min • Work range Ø 160mm x 350mm up to Ø 310mm x 200mm • Hydrostatic slides • Rapid 10 m/min •Resolution 0,01 µm • Repeatability ± 0,1 µm • Positioning accuracy 1 µm/150mm 20
Vertikális kialakítás Technical specifications: • Hydrostatic spindle • Spindle run-out < 0,2 µm • Spindle speed 800 ¹ /min • Work range Ø 1000mm x 500mm • Hydrostatic ways • Rapid 10 m/min • Z-axis travel 400 mm • X-axis travel 750 mm • Resolution 0,01 µm • Repeatability ± 0,2 µm • Positioning accuracy 1 µm/150mm
21
Portál kivitelű szerkezet UP gépek egészen nagy méretben is készülhetnek, mivel léteznek olyan nagyságú darabok is, ahol fontos a pontosság. Pl. nagy lencsék. A képen egy 18 tonnás gránittömbökből összeállított ágy látható.
22
Hidrosztatikus főorsó Napjainkban a főorsók egybeépített motorral készülnek. Aszinkron szervómotort építenek a főorsó végére és rugalmas tengelykapcsolóval kapcsolják a főorsó tengelyéhez. A fordulatszámváltoztatást frekvenciaváltós tápegységgel valósítják meg.
23
Vertikális CNC felépítése Ezeket a típusokat a nagyobb tömegű darabokhoz alkalmazzák.
24
Diamond turning
Finish hard turning
25
A palástköszörülés és a szabályos éllel történő keménymegmunkálás összehasonlítása Palástköszörülés
Keményesztergálás
1. Hosszú átállási idő
1. Rövid átállási idő
2. Többszöri befogás
2. Egy befogás
3. Hosszú ciklusidő
3. Rövid ciklusidő
4. Kis forgácsmennyiség
4. Nagy forgácsmennyiség
5. Profilköszörű szükséges
5. Egy forgácsoló él elegendő
6. Előnytelen a kopás
6. Nagyobb termelékenység
7. Nagy beruházási költségek
7. Kisebb beruházási költség
8. Nem környezetbarát
8. Kenés nélküli forgácsolás 26
Core Ø 22 x 264 mm Previous cycle time (grinding): 21 min New cycle time (finish hard turning): 5 min Material: DIN 1.2344 X40CrMoV 51 Hardness: 50- 51 HRC Roundness: 1 µm Cylindricity: 1.5 µm Concentricity: 2 µm Dimensional accuracy: 2 µm Surface finish: Ra <0,4 µm
27
Transmission shaft Ø 45 x 318 mm Previous cycle time (grinding): 7 min New cycle time (finish hard turning): 1 min
Material: 27MnCr5 Hardness: 58 HRC Shape accuracy: roundness 1 µm Dimensional accuracy: 3 µm Surface finish: Ra 0,3 µm
28
Planetary gear Ø 42 x 35 mm Previous cycle time (grinding): min New cycle time (finish hard turning): 18 sec
Material: 20MnCr5 Hardness: 60 HRC Roundness: < 1 µm Cylindricity: 2 µm Surface finish: Ra < 0,15 µm Bearing ratio: > 96%
29
Oil pump Ø 45 x 160 mm Previous cycle time (grinding): min New cycle time (finish hard turning): 3 min
Material: Hardened steel Hardness: 60 HRC Shape accuracy: roundness 0,5 µm Dimensional accuracy: ± 2 µm Surface finish: Ra 0,3 µm
30
Ballscrew nut Ø 33 x 120 mm Previous cycle time (grinding): 27 min New cycle time (finish hard turning): 9,5 min
Material: 16MnCr5 Hardness: 60 HRC Shape accuracy groove: < 3 µm Roundness accuracy groove: < 3 µm Pitch error: < ± 2 µm Surface finish: Ra < 0,3 µm
31
Taper bearing Ø 76 x 30 mm Previous cycle time (grinding): min New cycle time (finish hard turning): 86 sec
Material: 100Cr6 Hardness: 64 - 66 HRC Shape accuracy cone: 1 µm Roundness: < 1 µm Cylindricity: 1.5 µm Concentricity: 1 µm Surface finish: Ra < 0,1 µm
32
Hydraulic valve Ø 32 x 42 mm Previous cycle time (grinding): 4 min New cycle time (finish hard turning): 58 sec
Material: 16MnCr5 Hardness: 54 - 56 HRC Roundness: 2 µm Cylindricity: 1.5 µm Concentricity: 2 µm Surface finish: Ra 0,4 µm
33
Valve guide Ø 10 (inside) x 24 mm Previous cycle time (grinding): min New cycle time (finish hard turning): 86 sec
Material: 15NiCrMo16 Hardness: 59 - 61 HRC Roundness: < 1.0 µm Cylindricity: 1 µm Concentricity: 1 µm Surface finish: Ra < 0,2 µm
34
Steering Valve Ø 18 x 91 mm Previous cycle time (grinding): 30 min New cycle time (finish hard turning): 4.5 min
Material: X20CrNi Hardness: 62 - 64 HRC Roundness: < 0.7 µm Cylindricity: < 1 µm Surface finish: Ra < 0,2 µm
35
ABS tool holder KOMET
36
Tungsten carbide tools CERAMETAL.
37
Sheet metal die NORMA.
38
Turbine wheel
39
40
Technológia kidolgozása tömeggyártáshoz
41
Kidolgozott technológiák alkalmazás közben
42
