Zlepšování užitných vlastností obráběcích strojů změnou konstrukce a technologie Ing. Martin Mareš, Ph.D. 22. listopadu 2016, Hustopeče ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE | FAKULTA STROJNÍ Ústav výrobních strojů a zařízení | Ú12135 Výzkumné centrum pro strojírenskou výrobní techniku a technologii | RCMT
www.rcmt.cvut.cz
2
Obsah 1. Úvod 2. Hlavní požadavky na výrobní stroje a technologie
3. Projekt CK SVT 4. Příklady zlepšení hlavních užitných vlastností strojů změnou jejich konstrukce 5. Příklady zlepšení parametrů technologie po optimalizaci
3
Úvod ●
Každý výrobek lze vyrobit několika základními operacemi.
●
Technologie se odlišují fyzikálními principy a náročností jejich zvládnutí.
●
Podle aktuální technické vyspělosti v technologiích a potřebách a možnostech uživatelů se přesouvá pozice a významnost jednotlivých technologií (již několik století).
dělení materiálu
tváření a slévání materiálu
odebírání materiálu
přidávání materiálu
Pro všechny typy výrobních technologií a strojů platí stejné požadavky.
4
Základní požadavky na výrobní stroje a technologie Přesnost
Jakost
Produktivita
Spolehlivost
Hospodárnost
Minimální dopad na ŽP
Jednotlivé požadavky jdou často vzájemně proti sobě. Zlepšení lze realizovat:
Změnou konstrukce stroje
Změnou technologie na stroji
●
●
vytvoření hodnoty u uživatele
●
pokud má výrobce toto know-how, je silnější v zákaznické podpoře
vytvoření hodnoty u výrobce a přenesení na uživatele
Užitnou hodnotu strojů a technologií lze zlepšit mj. účinnost spoluprací firem a výzkumných organizací
5
Projekt CK Strojírenská výrobní technika ● ●
Projekt je spolufinancován TAČR v rámci programu Centra kompetence. Projekt je kombinací základního oborového výzkumu a aplikací výsledků ve firmách − přímý vztah mezi výzkumem a následnou aplikací v průmyslu ● Projekt je řešen konsorciem firem a univerzit: – 3 univerzity, 4 univerzitní pracoviště: ČVUT v Praze (Ústav výrobní strojů, Ústav mechaniky), VUT v Brně (Ústav výrobních strojů, systémů a robotiky), ZČU v Plzni (Katedra konstruování strojů) – 6 výrobců obráběcích strojů: TOS Varnsdorf, TOS Kuřim-OS, Škoda Machine Tools, TOSHULIN, Tajmac-ZPS, Kovosvit MAS – 1 výrobce tvářecích strojů: Šmeral Brno ● Doba řešení: 2012 – 2019 (odborná oponentura projektu: 2015)
6
Strukturální optimalizace strojů ●
Zajištění dostatečné tuhosti při minimalizaci hmotnosti Zcela nově navržený stojan FRF s optimalizovanou vnitřní strukturou vykazuje o 20% vyšší statickou tuhost než stroje této velikostní kategorie při zachování hmotnosti
Tuhost v X [N/um]
●
Hmotnost [tun]
Těžký otočný stůl na přesuvných saních TDV 50 ●
úspora 15% materiálu při zachování nosnosti a tuhosti stolu díky strukturální optimalizaci v kombinaci s modelováním hydrostatického vedení
7
Pasivní zvyšování tlumení struktur strojů ●
Zvýšení dynamické tuhosti bez aktivních mechatronických zařízení
Hybridní smykadlo stroje 7032
Dlouhý kuličkový šroub ● ● ●
Zdvih osy 6,5 m, délka šroubu 9 m Šroub byl vyplněn částicemi materiálu a osazen posuvnými podporami Maximální posuvová rychlost osy byla použitím provedeného opatření zvýšena z původních 8 na 20 m.min-1, tedy 2,5x
●
● ● ●
Hybridní smykadlo na bázi litiny a kompozitní výztuže délky 2500 mm Výpočtová optimalizace tvaru a skladby kompozitové výztuže Úspěšné zvládnutí konstrukce a výrobních technologií pro uplatnění v obráběcích strojích Výrazné snížení (až 4x) dynamické poddajnosti smykadla ve srovnání se stejným litinovým dílcem
8
Aktivní zvyšování dynamické tuhosti ●
Zvýšení dynamické tuhosti pomocí přídavných aktivních mechatronických zařízení
Aplikace aktivního hltiče ●
se zapnutým tlumičem
Ověřené nasazení řízeného tlumiče u multifunkčního obráběcího centra.
s vypnutým tlumičem
se zapnutým tlumičem
s vypnutým tlumičem
9
Zvyšování produktivity změnou koncepce stroje ●
Nové koncepce obráběcích strojů přinášejí potenciál zlepšení vlastností
Vícevřetenový soustružnický automat ●
Změna kinematické struktury vícevřetenového soustružnického automatu Využití nástroje během pracovního procesu Stávající koncepce Nová koncepce
křížový support podélný support křížový support podélný support 0
●
● ●
4 čas [s]
8
koná činnost
Vizualizace nové kinematické struktury vícevřetenového soustružnického automatu dle návrhu prof. Valáška Patentově chráněné řešení zkracuje celkový potřebný čas a zvyšuje produktivitu stroje Na vzorovém příkladu dosaženo zvýšení produktivity až o 74%
12
čeká
16
20
čeká na výměnu
24
28
32
10
Optimalizace upnutí obrobku ●
Správným upnutím obrobku lze zvýšit jeho tuhost a tím i produktivitu obrábění.
Optimalizace upnutí saní na stroji WHTEC ● ● ●
Analýzou vlivu upnutí dílce a nastavení řezných podmínek bylo zjištěno, že limitem procesu je tuhost soustavy stroj-nástroj. Volbou vhodného nástroje lze snížit geometrickou chybu obráběného povrchu vlivem odklonu nástroje až o 80% a snížit zatížení v nejvíce namáhaném směru až o cca 45% . Aplikace výsledků výzkumu vedla ke zvýšení produktivity a přesnosti obrábění testovaného dílce.
11
Optimalizace řezných podmínek ●
Zvýšení produktivity a hospodárnosti změnou řezných podmínek a prostředí
Vysokotlaké chlazení procesní kapalinou na stroji WHTEC 130
Technologie frézování GFK ●
S využitím výsledků analýzy došlo k optimalizaci zákaznické aplikace a tím k dosažení vyšší produktivity obrábění i kvality povrchu dílce.
sousledné obrábění
nesousledné obrábění
●
Testování vysokotlakého chlazení jako alternativy pro zvyšování produktivity a hospodárnosti obrábění ● Aplikací souboru doporučení došlo ke zvýšení efektivity obrábění
12
SW podpora práce na multifunkčních strojích ●
Pokročilé MF stroje vyžadují pokročilé nástroje pro přípravu a verifikaci NC kódu
Postprocesor pro MCU700VT-5X ● ●
Vývoj postprocesoru se speciálními technologickými funkcemi Navrženým algoritmem lze uspořit až 45% původního času při víceosém obrábění bez funkce TCP
SW pro antikolizní kontrolu dlouhotočných automatů Manurhin ●
Vhodně zvolené nástrojové osazení suportů a nájezdy nástrojů přispívají k dosažení vysoké produktivity obrábění
Okna pro zadávání NC kódu
čas po korekci původní čas
Využití nástrojů v čase
Nastavení parametrů simulace
13
Shrnutí a závěr ● ● ● ●
Zákazníka zajímají hlavní užitné vlastnosti stroje a cena, kterou za ně musí zaplatit. Zlepšit poměr hodnoty užitné vlastnosti a ceny je možno změnou konstrukce stroje nebo změnou technologie. Ve obou případech je možno dobře uplatnit reálné výsledky výzkumu a vývoje, které vytváření znalosti využitelné ve prospěch koncového uživatele. Spolupráce firem s univerzitami přináší konkrétní vyšší přidanou hodnotu do řešení jednotlivých konstrukčních a technologických témat.
14
Děkuji za pozornost
Ing. Martin Mareš, Ph.D. E:
[email protected]
ČVUT v Praze | Fakulta strojní Ústav výrobních strojů a zařízení Výzkumné centrum pro strojírenskou výrobní techniku a technologii (RCMT) www.rcmt.cvut.cz
