Keleti kényelem, nyugati minőség 3. rész

Hol húzódik a határ a közepes és a prémium képességű megmunkálóközpontok között?

2018. augusztus 09., csütörtök, 06:00

Címkék: AXILE Buffalo forgácsolás hőmérséklet hőmérsékletkompenzáció hőtágulás hőtérkép megmunkálás Optimum öttengelyes megmunkálás pontosság termotechnika vezérlés

Változóban van a hazai gyártási kultúra. Korábban jellemző volt, hogy a nyugati multinacionális cégek az értékteremtő folyamat azon lépéseit helyezték ki a kelet-európai országokba, ami nem igényelt sem modern technológiát, sem speciális szakértelmet. A világ azonban zsugorodik, az elvárások már a nyugati sztenderdekkel egy szintre kerültek, ami a gépállományban is változásokat hoz. A megfelelő technológia jó ideje elérhető hazánkban is, de a növekvő kínálat nem mindig könnyíti meg a választást. Új sorozatunkban Werderitsch Gábor, az Optimum Hungária Kft. ügyvezető igazgatója, és Gonda Norbert, a CNC-üzletág vezetője beszél arról, hogy milyen szempontokra érdemes figyelnünk, ha csúcskategóriás szerszámgépet vásárolnánk az átlagos kivitelű gépek dzsungelében.

Fokozódik a hőhatás!

Mennyiben függ a pontatlanság a szerszámgépek konstrukciós jellemzőitől?

Gonda Norbert: A forgácsolótechnológiáknál a megmunkálási pontosság növekedése, a pozicionálási sebességek és főorsó-fordulatszámok növekedése és az 5 tengelyes gépek elterjedése erősödő tendenciát mutat. A melegedés következtében létrejövő deformációk konstrukciós sajátosságok miatt a forgó tengelyekkel is rendelkező 5 tengelyes gépeknél jelentősebb hatással vannak a pontosságra. A pontosság növelésében tehát kulcsfontosságú a hőmérsékleti deformációk kiküszöbölése.

A hőhatás csökkentése érdekében a melegedés egy része elkerülhető, pl. a súrlódások csökkentésével a csúszó és gördülő elemek felületi minőségének javításával. A keletkező hő egy részét a gyártók fizikailag kompenzálják, pl. bizonyos géprészek hűtésével (motorok, motortartó perem, golyósorsó, olaj stb.). A fennmaradó hő okozta deformitások pedig a CNC-vezérlők funkciói segítségével kompenzálhatók. A hatékony kompenzáció érdekében a hibákat pontosan ismerni kell.

Tanulmányok bizonyítják, hogy a forgácsolt munkadarabon mérhető hibák 75%-át termo-elasztikus deformációk okozzák. Hosszú időn keresztül a végfelhasználók maguk próbálták csökkenteni az ilyen jellegű hibákat, pl. a környezeti hőmérséklet szabályozásával vagy melegítési ciklusok alkalmazásával. A melegedési hibák minimalizálása manapság egy precíz szerszámgép esetében mindenképpen a gépgyártó feladata.

A hő keletkezésében és elvezetésében több tényező is szerepet játszik. Ezek közül kiemelhető maga a forgácsolás (anyagleválasztás), a gép mechanikusan súrlódó részei (csapágyak, hajtóművek stb.), hűtőközegek, villamos motorok és teljesítményelektronikai komponensek, a környezet klimatikus viszonyai, végül, de nem utolsósorban az emberi tényező.

Az 5-tengelyes szerszámgép termikus viselkedés modellje (FEM és FDEM analízis)

A nagy teljesítményű és nagy sebességű főorsóknak, különösen a motororsóknak, illetve a körtengelyeket meghajtó nagy teljesítményű nyomatékmotoroknak a termikus deformáció szempontjából kiemelkedő jelentőségük van. A lineáris tengelyek gyorsításai, lassításai, a nagy sebességű pozicionálások és a forgácsolás során fellépő erők jelentős részét pedig a lineáris vezetékek és a golyósorsós meghajtás mechanikai komponensei veszik fel. A keletkező hőt ezek a gépelemek a gépágynak adják át, ami azt – ideális esetben – egyenletesen eloszlatja, és elvezeti a környezete felé. A termikus deformáció vizsgálata során tehát leginkább ezekre a gépelemekre kell koncentrálni.

A lineáris vezetékeken belül csúszó-, illetve gördülővezetékeket különböztetünk meg, ez utóbbi tovább bontható golyós és hengergörgős megoldásokra. A gördülővezetékes felépítésben a csúszóvezetékhez képest sokkal kisebb felületen történik érintkezés, így ezek melegedés szempontjából nagyon kedvező konstrukciók. Ám a nagy sebességek és terhelések, valamint az előfeszítés miatt így is kell a melegedéssel számolni.

A pontosság növelése érdekében a golyósorsóknál rendszerint duplaanyás, előfeszített konstrukciót alkalmaznak, ami – főleg dinamikus gyorsítások és lassítások során – nagyobb súrlódásokhoz vezet, a melegedés pedig a golyósorsó megnyúlásában is megmutatkozik. Tanulmányok részletesen elemzik, hogy a lineáris tengelyeken a melegedés következtében fellépő pontatlanságokért legnagyobb részben a golyósorsó, illetve az anyák melegedése felelős.

Ami a főorsót illeti: a legtöbb forgácsolóerőt ez a gépelem veszi fel. A főorsó melegedését részben a csapágyak mozgása, részben a motor működése okozza. A főorsó hajtástechnikájában három konstrukció különböztethető meg: a különálló motorral végzett szíjhajtás, az orsó végére integrált motorral történő direkt hajtás, illetve a beépített motororsós megoldás. Termikus szempontból a nagy sebesség és a bonyolult hűtéstechnika miatt a gyakran használt motororsós kivitel az egyik legkedvezőtlenebb – az általa elérhető nagy sebesség viszont hasznos a simító megmunkálásnak és a kisebb szerszámok használata esetében. Az orsóház melegedése, illetve a hő a gépágyba történő továbbadása szintén a pontosság rovására megy.

Milyen intelligens megoldások léteznek – akár már a tervezés alatt is – a fent említett problémák megoldására?

Gonda Norbert: A melegedés következtében előforduló pontossági hibák minimalizálásának egyik tényezője az elkerülés. A megfelelően kiválasztott anyagokra, helyes konstrukcióra és aktív hűtésre épülő koncepciót a szakirodalomban termo-optimalizált koncepciónak nevezi. A másik tényező az el nem kerülhető torzulások kompenzációja. Ez mérésekből, adatgyűjtésből, -kiértékelésből, modell alkotásból és a CNC általi tényleges kompenzációból áll. Egy intelligens megmunkálási technológia kifejlesztésénél a fő szempont mindig a szerszámgép pontosságának, a forgácsolás hatékonyságának és a gép élettartamának a növelése – ez utóbbi a főelemek elhasználódásának és sérülésének elkerülésével érhető el.

A Buffallo a konstrukció tervezésekor mind az egyes elemeket, mind a teljes szerszámgépet számítógépes modellezésnek veti alá, kiértékeli a várható torzulásokat, melegedéseket, az egyes tengelypozíciókban megengedett terheléseket – dióhéjban tehát egy digitális ikerpár segítségével szimulálják a későbbi működési környezetet, már a prototípus megépítése előtt. A kapott értékek mind hozzájárulnak a gépszerkezet költséghatékony optimalizálásához.

A Buffalo számos intelligens funkciót kidolgozott a fenti termikus deformációk kiküszöbölésére:

Tool-tip Positioning Control (TPC) – valós idejű értékek

Számos gépgyártó alkalmazza azt a módszert, hogy a főorsóházba beépített hőelemekkel érzékelt melegedéséből számítja ki az elméleti nyúlást és eszerint módosítja a pozícionálási parancsértéket. Az AXILE gépek viszont nyúlásmérő bélyeget tartalmaznak, ami kiküszöböli a hőelemes módszer termikus tehetetlenségét, késleltetését, és valós időben kompenzálja a pozicionálási hibákat.  Ezzel a módszerrel a pontosság 5-6-szorosára emelkedhet. Fontos különbség, hogy nem számított, hanem direkt és valós idejű mérésről beszélnünk, ami nem vár a kompenzálással addig, míg a hő átterjed a beépített hőelemre.

Axial Accuracy Control (AAC) – kompenzálás Hőmérsékleti Deformációs Gépmodellel

A gépágyban elhelyezett, a V-sorozatnál 18, a G-sorozat esetében pedig összesen 24 hőérzékelő folyamatosan méri a gépágy hőmérsékletét, és egy tapasztalati úton kialakított Hőmérsékleti Deformációs Gépmodell alapján a deformációs értékek kompenzációs értékként módosítják a pozíciószabályzó kör alapjelét.

Ennek a funkciónak a segítségével az X, Y és Z tengely irányú hőmérsékleti deformáció okozta pozicionálási hiba 20 mikronról akár 3 µm-re csökkenthető.

A valós idejű kompenzációs rendszerrel a hőtágulásból eredő pontatlanság 20-ról 3 mikronra csökkenthető

Spindle Vibration Supervision (SVS) – rezgésmonitoring

Az intelligens megmunkálás elengedhetetlen részei azok a funkciók is, amelyekkel növelhető a felületi minőség és elkerülhető a főorsó károsodása. A főorsóba épített gyorsulásérzékelők a rezgések által detektálják a főorsó különböző rendellenes állapotait (pl. elégtelen kenőanyag-mennyiség, csapágykopás, kiegyensúlyozatlanság stb.). A vibrációs adatok gyűjtésével és kiértékelésével jelentősen növelhető a főorsó-csapágyazás és a szerszám élettartama, és nagymértékben növelhető a munkadarab felületi minősége. Az opció szintjei a tájékoztatástól az orsó sebességét és előtolás-nagyságát csökkentő hibaüzeneten át az ütközésekből adódó vészleállásokig terjednek.

Metal Removal Rate Optimization (MRRO) – az anyagleválasztás mértékének optimalizálása

A szerszámgép alapvetően az előre definiált technológiai paraméterek szerint végzi a dolgát, így a forgácsleválasztás mértéke is ennek függvénye. Egy korszerű hajtásvezérlő rendszer képes arra, hogy minden pillanatban információt szolgáltasson a felvett energiáról, a leadott nyomatékról mind ez előtoló motorok, mind a főorsó esetében. A vezérlés a kapott értékek alapján képes meghatározni, hogy az anyagleválasztás szempontjából optimális terhelés éri-e a gépet, például a főorsó fordulatszámához arányosan választottuk-e meg az előtolás mértékét. Az alábbi két példán látszik, hogy a vezérlő által harmonizált fordulatszámmal és előtolással 60–90 százalékkal növekszik az anyagleválasztás mértéke és a 40–50 százalékkal csökken a ciklusidő. A funkció jelentősen hozzájárul a szerszámélettartam növeléséhez is.

Vision Technology (VST) – gépi látás a megmunkálásban

A Buffalo által kidolgozott, a gépi látáson alapuló rendszer az egymáson csúszó vagy gördülő köszörült, illetve hántolt felületek tulajdonságait vizsgálja, a cél pedig nem más, mint a rezgésmentes működés elérése és a melegedés minimalizálása. A feldolgozott kép alapján egyértelműen beazonosítható, hogy az adott felület minősége megfelelő, vagy kritikus a súrlódás, illetve melegedés szempontjából.

Folytatjuk

Molnár László

Következik: Csúcskategória Magyarországon – egy felhasználó szemével

Kapcsolódó cikk:

Keleti kényelem, nyugati minőség 2. rész

Keleti kényelem, nyugati minőség 1. rész

Keresés
Bejelentkezés / Regisztráció
Média Partnerek