megmunkÁlÁsi technolÓgiÁk aj005...

SZÉCHENYI ISTVÁN EGYETEM

GYŐR

MEGMUNKÁLÁSI TECHNOLÓGIÁK

AJ005_2Gépészmérnöki (BSc) szak

Forgácsoló szerszámgépek

3. előadás

Összeállította: Dr. Pintér József


GYŐR Forgácsoló szerszámgépek

Kinematikai alapok, mozgásokA forgácsoló szerszámgépek feladata:alkatrészek (munkadarabok) előállítása forgácsoló alakítással.

A megmunkálás során a szerszámgép viszonylagos (relatív) mozgást hoz létre a szerszám és a munkadarab között oly módon, hogy a szerszám behatol a munkadarabba.

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

rendszerével



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



MOZGÁSOKfőmozgásmellékmozgásbeállító mozgások

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



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


GYŐR Forgácsoló szerszámgép mozgásrendszer alaptípusok

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

fokozatos hajtóművek diszkrét fordulatszámok fordulatszámsor mértani sor


GYŐR Szerszámgépek kinematikai felépítése

Sebesség sor Ha v mértani sor, akkor ∆vmax=állandó

Szabványosított értékek (MSZ2345)

v = d.π.n

.11max állv =−=∆ϕ


GYŐR Forgácsoló szerszámgép mozgásrendszer alaptípusok

φ fokozati tényező, mértani sor sorhányadosa,Szabványos sor

1,12; 1,25; 1,4; 1,6; 2Ezekhez: ∆vmax = 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5

(azaz 10%; 20%; 30%; 40% és 50%)relatív sebességveszteség

tartozik!Fordulatszám szabályozhatóság: Fokozatnélküli hajtóműveknél: φ = 1

12,1102020 ≈=Rϕ

min

max

nnSzn =



Hatfokozatú fogaskerekes hajtómű kinematikai vázlata és fordulatszám ábrája



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



Főhajtómű terhelhetőségi diagramja



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


GYŐR Szerszámgépek szerkezeti felépítése

Nemzetközi szabványok rögzítik a szerszámgépek mozgástengelyeinek jelöléseit.

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



Forgácsoló szerszámgépek mozgástengelyei


GYŐR Forgácsoló szerszámgépek szerkezeti elemei, részegységei

A forgácsoló szerszámgépek, valamint a szerszámgépek részegységeinek, építőelemeinek fejlődését

a nagyobb fő- és mellékmozgási sebességek,a szélesebb alkalmazási kör (pl. a forgácsoló központok),a nagyobb pontosság ésa nagyobb megbízhatóság iránti igény határozza

meg.Nagy jelentőséggel bír az un. elektronikus kinematikai lánc megjelenése, továbbá a közvetlen (direkt) hajtások(a főorsóval egybeépített villamos motor).



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



Gépészeti szempontból a korszerű CNC vezérlésűszerszámgép egyszerűbb, mint a hagyományos szerszámgép.

Valamennyi mozgástengely egyedi hajtássalrendelkezik, ezért a kinematika egyszerűbb.

Az egyes funkciók tipizáltak, a szerszámgép építőegységei többnyire készen vásárolhatók beszállítóktól.

Megállapítható, hogy a szerszámgépgyártás fokozatosan szerelő iparággá válik.



Szerszámgépágyak, -állványszerkezetekAz ágy, vagy állványszerkezet a szerszámgép alapja. Ez hordozza a szerszámgép összes aktív (mozgó) vagy passzív elemét, az orsókat, a szánokat, az asztalokat, a szegnyerget, a szerszám és munkadarabcsere egységeit, sőt még a vezérlést is erre erősítik fel. A legtöbb állványszerkezet

hegesztett acélból, öntöttvasból, vagy un. kompozit betonból készül.



Szerszámgépágyak, -állványszerkezetekAz anyagválasztásnál a merevség

csillapítóképesség, rugalmasság ellentmondókövetelmény kielégítése, a hőstabilitás a legfontosabb szempontok.

Leggyakoribb a hagyományos öntöttvasállványszerkezet. Igen kedvező a merevség-súly aránya, valamint a csillapítása. Ugyanakkor hátránya - különösen a nagy méretű és kis sorozatban gyártott szerszámgépeknél - a költséges, öntőmintát igénylő gyártás.



Szerszámgépágyak, -állványszerkezetek

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



Szerszámgépágyak, -állványszerkezetek

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



Szerszámgépágyak, -állványszerkezetekGyakran kombinált állványszerkezeteket építenek. Egy kombinált eszterga állványszerkezetet szemléltet az ábra.

Az alkotó részegységek eltérő hődeformációstulajdonságai jelentik a legtöbb problémát.



Szerszámgépágyak, -állványszerkezetekA kompozitok (különböző szénszál erősítésűpolimerek) és a kerámia alkalmazása forradalmasítja a szerszámgép építést. A kompozitok előnyei:

egyszerű gyártás,nagy merevség/súly arány.

A kerámia előnyei:nagy merevség,hődeformáció mentesség.

Gyorsabb elterjedés akadálya a magas ár.



Szerszámgépek vezetékeiA szerszámgép ágyakon, állványokon lévő vezetékek a szerszámgép szánjait, asztalait, hajtóműházait hordozzák.

Csúszó vezetékek (a legrégebbi és legegyszerűbb megoldás).

Hátrányai:kis merevség, holtjáték,kopás,akadozó csúszás

(stick-slip) veszélye.

Előnyei:egyszerű, olcsó és jó csillapító

képességű.



Szerszámgépek vezetékeiCsúszó vezetékekÖntöttvasból készített állványszerkezetnél, egyszerűbb kivitelűszerszámgépeknél ez a csúszóvezeték magából az állvány anyagából kerül kialakításra.



Szerszámgépek vezetékeiCsúszó vezetékek

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



Szerszámgépek vezetékeiCsúszó vezeték lehet:

hidrodinamikus,hidrosztatikus ésaerosztatikus.

A hidrodinamikus vezeték hátránya az un. akadozócsúszásra (stick-slip) való hajlam és a nagy kopás (mindkettőoka a vegyes súrlódási állapot).



Szerszámgépek vezetékei

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



Szerszámgépek vezetékeiGördülő vezetékekA korszerű szerszámgépek döntő többségénél gördülővezetékeket alkalmaznak. Számtalan variációban gyártják ezeket egyenes-, illetve körvezetékként egyaránt.

Előnyeik:merev, pontos éskis ellenállású.

Hátrányuk:kis csillapítás.



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



Integrált egyenes vezeték (kocsi illetve léc egysége)

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



Integrált egyenes vezeték (kocsi illetve léc egysége)



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



Golyósorsós szánelőtolás



Mozgató elemek, hajtásrendszer

A golyósorsó-anya párt szabályozott egyenáramú(DC), vagy váltóáramú (AC) hajtómotorralközvetlenül hajtva, a golyósorsó szögelfordulását közvetlenül mérve (közvetett útmérés) nagyon pontos szánmozgást lehet elérni.A golyósorsón kívül a szánokat mozgathatja még

hidraulikus henger, fogaskerék-fogasléc kapcsolat, illetve legújabbanlineáris motor.



Mozgató elemek, hajtásrendszer

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



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



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



Mind a fő-, mind a mellékhajtások fontos részei az út- és a sebességszabályozáshoz szükséges közvetlen vagy közvetett útadók, valamint a különböző sebességadók (szenzorok). A megmunkálási pontosságot jelentős mértékben befolyásolja a szerszámgép főorsójának pontossága. Ezt befolyásolja:

a főorsó kialakítása, anyagminősége, megmunkálása, a csapágyazás, a kenés, a hűtés és a beépítés.

A főorsók mintegy 90%-a gördülő csapágyazású. Jellegzetes főorsó gördülő csapágy a kúpos furatú kétsoros hengergörgős csapágy, de gyakran használják a ferde hatásvonalú golyós csapágyazást is. A főorsó deformáció mintegy 50-70%-a az orsó, 30-50%-a pedig a csapágyazás rovására írható.



Forgástest jellegű alkatrészek megmunkálógépeiA forgácsoló szerszámgépek két nagy csoportja

a forgástest jellegű alkatrészeket megmunkáló ésa szekrényes alkatrészeket megmunkálószerszámgépek fejlődése sokáig egymástól - szinte teljesen - elválasztva folyt.

A fejlődés jelenlegi szakaszában ez a két csoport érzékelhetően közelít egymáshoz; így például egy esztergáló központ csak abban különbözik egy megmunkáló központtól, hogy ez utóbbi a munkadarabbal nem tud forgó mozgást végezni.



Forgástest jellegű alkatrészek megmunkálógépei

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




Esztergák

TOS SUI 500 Combi típusú CNC esztergagép




Esztergáló cella

Az esztergáló központokon megvalósíthatóműveletkoncentrációt segíti elő a forgó, hajtott szerszámok számára kialakított külön szánrendszer.

Azt a CNC vezérlésű esztergából kifejlesztett szerszámgépet, amely egymaga képes pl. ennek a munkadarabnak a teljes megmunkálására, esztergáló központnak nevezik.




Az ábrán láthatófelfogó furatokat (a), a keresztirányúfuratokat (c,d) fúrógépen, a breteszhornyot pedig marógépen kellene megmunkálni.

Ez így összesen három szerszámgépet, többszöri átfogást (bázisváltási hiba?!) és nem utolsósorban három gépkezelőt, továbbá anyagmozgatást igényelne.



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




Esztergáló központ külön szánnal hajtott szerszámokkal

Eszterga megmunkáló központ

Eszterga megmunkáló központ (Gildemeister)

SZElaborban2008. május (négy tengelyes)

Alapfogalmak 54

Eszterga megmunkáló központ

EMCO HYPERTURN 645 MCplus

8 tengelyes esztergálómegmunkáló-központ

Alapfogalmak 55



Szekrényes alkatrészek megmunkálógépeiAz un. szekrényes alkatrészek megmunkálógépei:

Sik felületeket megmunkáló marógépek,A furatokat készítő fúrógépek,A két szerszámgép kombinációját jelentő fúró-maró

művek,A megmunkálóközpontok.

Ezen szerszámgépek közös jellemzői:A munkadarab - néhány speciális fúrógép kivételével -

csak mellékmozgásokat végez,A jellemző szerszám szabályosan többélű maró-, vagy

fúró szerszám.Megjegyzés: A hagyományos szerszámgépeket laboratóriumi gyakorlatokon mutatjuk be.



Szekrényes alkatrészek megmunkálógépei

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



Szekrényes alkatrészek megmunkálógépeiMegmunkáló központok A termelékenység fokozása, valamint a megmunkálási pontosság növelése érdekében hozták létre a megmunkálóközpontokat, amelyek különböző műveletek, mint például a fúrás, a marás, a dörzsölés, a menetvágás, stb. egy szerszámgépen, egy felfogásban (mműűveletkoncentrveletkoncentráácicióó) történő elvégzését, többnyire a munkadarab készre munkálását teszik lehetővé. A megmunkáló központ fontos sajátosságai:

a CNC vezérlés,az automatikus szerszámcsere,a munkadarab négy oldalának megmunkálását lehetővé

tevő osztó, forgó asztal.



Szekrényes alkatrészek megmunkálógépei

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



Vízszintes megmunkálóközpont lineáris motorokkal



Négy-, öttengelyes megmunkálóközpontok



Automatikus palettacsere

Megmunkálóközpontok

Megmunkáló-központokPéldák a különbözőkivitelekre

Vízszintes megmunkálóközpontokFüggőleges megmunkálóközpontok4, 5 tengelyes (4D, 5D) megmunkáló központok

Alapfogalmak 63


Megmunkáló-központokPéldák

5 tengelyes megmunkáló-központ HERMLE C30

Alapfogalmak 64


+Z-

+Y-

+X-Polcmagazinrendzser Maximum 100 db

Szerszám számára

XHC 241 / 341

Lineárhajtás minden megmunkálási tengelyen

Alapfogalmak 65



Térportál kiszolgálásúgyártócella


GYŐR

Köszönöm a figyelmet!

megmunkÁlÁsi technolÓgiÁk aj005...

Documents