sveuČiliŠte u zagrebu...cl datoteka kod 5-osnih obrada i postprocesiranje. zadatak zadan: zadatak...

138
SVEUĈILIŠTE U ZAGREBU FAKULTET STROJARSTVA I BRODOGRADNJE ZNAĈAJKE PETOOSNIH OBRADA ZAVRŠNI RAD SAŠA FRANIĆ ZAGREB, 2010.

Upload: others

Post on 24-Jan-2021

1 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

  • SVEUĈILIŠTE U ZAGREBU

    FAKULTET STROJARSTVA I BRODOGRADNJE

    ZNAĈAJKE PETOOSNIH OBRADA

    ZAVRŠNI RAD

    SAŠA FRANIĆ

    ZAGREB, 2010.

  • SVEUĈILIŠTE U ZAGREBU

    FAKULTET STROJARSTVA I BRODOGRADNJE

    ZNAĈAJKE PETOOSNIH OBRADA

    ZAVRŠNI RAD

    Mentor:Prof.dr.sc. Toma Udiljak Student: Saša Franić

    ZAGREB, 2010.

  • PODACI ZA BIBLIOGRAFSKU KARTICU:

    UDK: 621.91

    Kljuĉne rijeĉi: Petoosna obrada, Numeričko upravljanje, Strojna obrada, CNC, NC, Alatni

    strojevi

    Znanstveno podruĉje: Tehničke znanosti

    Znanstveno polje: Strojarstvo

    Institucija u kojoj je rad izraĊen: Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje

    Mentor rada: Prof.dr.sc. Toma Udiljak

    Broj stranica: 120

    Broj slika: 106

    Broj tablica: 6

    Broj korištenih bibliografskih jedinica: 33

    Datum obrane:

    Povjerenstvo:

    Prof.dr.sc. Miljenko Math – predsjednik povjerenstva,

    redoviti profesor, Fakultet strojarstva i brodogradnje, Zagreb

    Prof.dr.sc. Toma Udiljak – voditelj završnog rada,

    redoviti profesor, Fakultet strojarstva i brodogradnje, Zagreb

    Prof.dr.sc. Dražen Bajić – član povjerenstva,

    redoviti profesor, Fakultet elektrotehnike strojarstva i brodogradnje , Split

    Institucija u kojoj je rad pohranjen: Fakultet strojarstva i brodogradnje, Zagreb

  • Sveučilište u Zagrebu

    Fakultet strojarstva i brodogradnje

    Poslijediplomski specijalistički studij Zagreb, 12.2009.

    Pristupnik: Saša Franić

    Zadatak: Značajke petoosne obrade

    Opis:

    Obrada odvajanjem je jedna od najrasprostranjenijih proizvodnih tehnologija u industriji. Postoji

    niz postupaka obrade odvajanjem, pri čemu je glodanje najfleksibilniji i jedan od najčešće

    korištenih postupaka. Zahvaljujući komparativnim prednostima, najveći porast primjene ima

    petoosno glodanje. Potrebe za petoosnim obradama poticane su globalizacijom i sve većom

    konkurencijom, što pred proizvoĎače postavlja zadatak pronalaženja rješenja za kvalitetniju,

    jeftiniju i bržu proizvodnju. Petoosne obrade izvode se na strojevima različitih konfiguracija pri

    čemu svaka ima specifične kinematičke i dinamičke značajke koje je čine pogodnom za

    odreĎenu skupinu obradaka. Najvažnije prednosti petoosnih u odnosu na troosne obrade očituju

    se u većoj produktivnosti, većoj točnosti, boljoj kvaliteti obraĎene površine, manjem škartu i

    doradama, manjem broju reznih alata, manjem broju naprava za stezanje te manjoj potrošnji

    prostora, energije i ljudskih resursa. Ključni elementi za uspješnu primjenu petoosnih obrada su

    pravilna kombinacija alatnog stroja, reznog alata, programske podrške, projektiranja procesa i

    pripremljenosti osoblja.

    U radu treba dati integralni prikaz značajki petoosnih obrada:

    razvitak i područja primjene 5-osne obrade;

    obrade odvajanjem kod kojih se primjenjuje 5-osna obrada;

    odnos alata i obratka kod 5-osnih obrada;

    prednosti 5-osne u odnosu na 3-osnu obradu;

    konfiguracije 5-osnih alatnih strojeva;

    generiranje putanje alata;

    provjera kolizije i simulacija NC-programa;

    CL datoteka kod 5-osnih obrada i postprocesiranje.

    Zadatak zadan:

    Zadatak predan:

    Mentor: Predsjednik odbora za Voditelj područja:

    poslijediplomske studije:

    Prof.dr.sc. Toma Udiljak Prof.dr.sc. Tomislav Filetin Prof. dr.sc. Miljenko Math

  • SADRŢAJ

    PREDGOVOR ............................................................................................................................................. I

    SAŽETAK .................................................................................................................................................. III

    SUMMARY .............................................................................................................................................. IV

    POPIS OZNAKA ......................................................................................................................................... V

    POPIS SLIKA ............................................................................................................................................ VII

    POPIS TABLICA ........................................................................................................................................ XI

    1. UVOD .............................................................................................................................................. 1

    2. PETOOSNE OBRADE ........................................................................................................................ 7

    2.1. PRETPOSTAVKE ZA RAZVOJ NUMERIČKOG UPRAVLJANJA ............................................................................. 7

    2.2. RAZINE NUMERIČKOG UPRAVLJANJA ...................................................................................................... 9

    2.3. RAZVITAK PETOOSNIH STROJEVA ......................................................................................................... 14

    3. NAJČEŠĆI PRIMJERI PRIMJENE PETOOSNE OBRADE ...................................................................... 16

    3.1. PETOOSNE OBRADE U INDUSTRIJI KALUPA I ALATA .................................................................................. 17

    3.2. OBRADA DRŽAČA REZNIH ALATA PETOOSNOM OBRADOM ........................................................................ 20

    3.3. PETOOSNA OBRADA U INDUSTRIJI PRERADE POLIMERA I OBRADE DRVETA .................................................... 21

    3.4. PETOOSNA OBRADA PROPELERA ......................................................................................................... 24

    3.5. PETOOSNA OBRADA TURBINSKIH LOPATICA ........................................................................................... 25

    3.6. SUVREMENI POSTUPCI OBRADE ODVAJANJEM S PRIMJENOM PETOOSNE OBRADE .......................................... 27

    4. KONCEPCIJE STROJEVA ZA PETOOSNU OBRADU ........................................................................... 37

    4.1. KLASIFIKACIJA STROJEVA PREMA RASPOREDU OSI KOJIMA SE MOGU GIBATI ALAT I OBRADAK ........................... 38

    4.2. KLASIFIKACIJA STROJEVA PREMA LOKACIJI ROTACIJSKIH OSI ....................................................................... 40

    4.3. OSNOVNE METODE PETOOSNE OBRADE OVISNO O KONCEPCIJI STROJA........................................................ 43

    5. PROJEKTIRANJE TEHNOLOGIJE ZA PETOOSNE OBRADE ................................................................. 46

    5.1. ZADAVANJE GEOMETRIJE GIBANJA ALATA.............................................................................................. 46

    5.2. PARAMETRI PUTANJE GIBANJA ALATA U ZAHVATU .................................................................................. 50

    5.3. STRATEGIJE NAGIBA ALATA TIJEKOM OBRADE ........................................................................................ 54

    5.4. KOLIZIJA GIBAJUĆIH KOMPONENTI SA TRENUTNO NEAKTIVNIM POVRŠINAMA ............................................... 62

  • 6. PROGRAMIRANJE PETOOSNE OBRADE.......................................................................................... 64

    6.1. DATOTEKA PUTANJE GIBANJA ALATA .................................................................................................... 64

    6.2. PROBLEM INVERZNE KINEMATIKE U PETOOSNOJ OBRADI .......................................................................... 67

    6.3. POSTPROCESORI KOD PETOOSNE OBRADE ............................................................................................. 82

    6.4. TRENDOVI KOD PROGRAMIRANJA PETOOSNIH OBRADA ............................................................................ 83

    7. RAČUNALNA SIMULACIJA POSTAVLJENE OBRADE ......................................................................... 95

    7.1. KONSTRUIRANJE VIRTUALNOG STROJA ................................................................................................. 96

    7.2. SIMULACIJA OBRADE ........................................................................................................................ 97

    8. USPOREDBA TROOSNE I PETOOSNE OBRADE ................................................................................ 99

    8.1. USPOREDBA MOGUĆNOSTI TROOSNE I PETOOSNE OBRADE ....................................................................... 99

    8.2. OPIS PRIMJERA TROOSNE I PETOOSNE OBRADE .................................................................................... 102

    8.3. OPERACIJE OBRADE KOJE SE IZVODE JEDNAKO KOD TROOSNE I PETOOSNE OBRADE ...................................... 103

    8.4. OBRADA ZAKRIVLJENIH POVRŠINA TROOSNOM OBRADOM ...................................................................... 105

    8.5. OBRADA ZAKRIVLJENIH POVRŠINA PETOOSNOM OBRADOM .................................................................... 108

    8.6. USPOREDBA DOKUMENTACIJE OBRADE .............................................................................................. 112

    9. ZAKLJUČAK .................................................................................................................................. 115

    LITERATURA ......................................................................................................................................... 117

    ŽIVOTOPIS ............................................................................................................................................ 120

    CURRICULUM VITAE ............................................................................................................................. 121

  • Značajke petoosnih obrada Predgovor

    i

    PREDGOVOR

    Suvremeno tržište zahtijeva sve kompleksnije izraĎene komponente, što za sobom

    povlači i kompleksnije strojeve na kojima se ti izratci obraĎuju. Dodatni zahtjevi se postavljaju

    na što ekonomičniju i što fleksibilniju proizvodnju te konstantnu borbu s konkurencijom. Kao

    dio odgovora na te zahtjeve danas se na tržištu nalaze strojevi sa mogućnošću gibanja alata

    tijekom obrade po pet osi, koje mogu biti translacijske i rotacijske. Dva su osnovna razloga zbog

    kojih su se standardne koncepcije strojeva trenutno zadržale na pet osi. Prvi je taj što se obratku

    tijekom obrade može dovesti alat u zahvat sa svih strana i u bilo kojoj orijentaciji, što omogućuje

    potpunu obradu u samo jednom stezanju. Drugi razlog je taj što višeosna upravljačka računala

    strojeva podatke i dalje tretiraju jednako kao i petoosna upravljačka računala. Tako, iako danas

    postoje koncepcije strojeva sa mnogo više osi od pet, oni se i nadalje programiraju metodama

    programiranja petoosnih obrada, samo što im upravljačka računala upravljaju u odreĎenom

    trenutku sa različitim osima na načine koji se razlikuju u ovisnosti od koncepcija i proizvoĎača

    stroja. Ovaj problem prvenstveno leži u CAD/CAM (Eng. CAD, Computer Aided Design,

    Konstruiranje podržano računalom; CAM, Computer Aided Manufacturing, Proizvodnja

    podržana računalom) sustavima, koji još s dosta poteškoća tretiraju podatke obrade za višeosne

    strojeve, a za programiranje obrada višeosnih strojeva upotreba CAD/CAM sustava je trenutno

    jedini način efikasnog programiranja.

    Sama činjenica da petoosnu obradu nije moguće programirati ručno, dovoljno govori o

    njenoj kompleksnosti. Iako programeri CAD/CAM sustava ulažu mnogo napora kako bi

    programiranje petoosne obrade što bolje prilagodili korisniku, i dalje je za uspješnu

    implementaciju programiranja potrebno poznavati temeljne parametre takve obrade. Kako je

    petoosna obrada relativno novo područje, glavni problem za korisnike predstavlja pronalaženje

    podobne literature, koja bi im približila osnove petoosne obrade. Stoga se u ovom

    specijalističkom radu pokušavaju objediniti osnove za sve petoosne obrade, bez obzira na

    korištene strojeve i računalne programe. Pod pojmom osnove spada poznavanje načina rada

    strojeva i računalnih programa “ispod poklopca”, koje bi svaki tehnolog trebao poznavati kako bi

    mogao učinkovito postaviti parametre obrade. U ovome radu sadržane su opće spoznaje vezane

    uz petoosne obrade, no meĎutim, ukoliko se želi dublje ući u ovu tematiku, potrebno je dodatno

  • Značajke petoosnih obrada Predgovor

    ii

    proučiti literaturu vezanu za konkretni stroj, korišteni CAD/CAM sustav te područje primjene,

    kao i literaturu koja obraĎuje specifične karakteristike petoosne obrade.

  • Značajke petoosnih obrada Sažetak

    iii

    SAŢETAK

    Za uspješno postavljanje parametara potrebnih za petoosnu obradu, potrebno je poznavati

    osnove rada računalnih programa i obradnih strojeva, te nadalje njihovo meĎusobno sučelje. Kod

    računalnih programa potrebno je poznavati načine na koje se pomoću programa može projektirati

    obrada kao i mogućnosti koje program pruža za prevoĎenje rezultata u podatke razumljive

    obradnom stroju. Za zadani stroj potrebno je poznavati njegove kinematičke karakteristike, te

    njegovu koncepciju, kako bi se mogao postaviti plan obrade komponente. Sučelje računalnih

    programa i alatnih strojeva dolazi do izražaja pri prilagoĎavanju pojedinog računalnog programa

    za programiranje obrade na odreĎenom obradnom stroju.

    U prvom, uvodnom poglavlju prikazuju se potrebe u proizvodnji koje su dovele do

    nastanka petoosnih obrada. Nadalje ukratko se opisuje položaj petoosne obrade u današnjoj

    industriji te utjecaji koje ona ima na industriju i njen općeniti položaj na tržištu. Drugo poglavlje

    obraĎuje povijest i uzroke koji su kronološki doveli do stanja petoosnih obrada kakvo je danas.

    Prikazuju se tehnologije koje su se koristile u začetcima automatizacije i čimbenici koji su

    poticali njen daljnji razvoj. Treće poglavlje oslikava trenutno stanje. Prikazana su područja

    primjene petoosnih obrada i njene mogućnosti u industriji. Četvrto poglavlje donosi tehničke

    osnove strojeva za petoosnu obradu i njihove mogućnosti sa tehničkog aspekta. Peto poglavlje

    pokriva tematiku koju je potrebno poznavati kada se programira petoosna obrada. Poglavlje

    opisuje mogućnosti programiranja i način na koji CAD/CAM sustavi mogu “shvatiti”

    postavljenu obradu. Nadalje se opisuju bitni parametri vezani za gibanje alata tijekom obrade.

    Šesto poglavlje opisuje način prijenosa podataka iz CAD/CAM sustava u obradni stroj, uz

    potpoglavlje o inverznoj kinematici gdje se obraĎuje tehnička podloga programiranja obradnih

    strojeva. Opisane su i neke mogućnosti programiranja koje bi trebale zaživjeti u budućnosti.

    Sedmo poglavlje daje uvid u simulaciju obrade, kao i važnost simulacije u petoosnoj obradi.

    Osmo poglavlje prikazuje usporedbu troosne i petoosne obrade. U poglavlju se izlažu prednosti

    koje petoosna obrada pruža nad troosnom obradom, što se nadalje u poglavlju prikazuje na

    primjeru kako bi se dobio jasniji uvid. Deveto poglavlje u kratkim crtama sažima opravdanost

    ulaganja u petoosne strojeve sa točke gledišta alatnice. Dodatno se prikazuju mogućnosti koje bi

    se mogle očekivati od petoosnih strojeva i petoosnih obrada u budućnosti.

  • Značajke petoosnih obrada Summary

    iv

    SUMMARY

    To successfully set up process parameters for five axes machining, the basic knowledge

    of computer programs and machine tools, and additionally their mutual interface are essential.

    For computer programs are important ways on which machining can be programmed and which

    program can translate data from program results to data that machines need for machining.

    Considering machine tools it is important to know the kinematic characteristics, its conceptions,

    in order to design proper machining strategy. The interface of computer programs and machines

    is important when specific computer program has to be related with specific machine.

    Production needs which have led to emergence of five axes machining are covered in the

    first, introductory chapter. Furthermore, the position of five axes machining in up to date

    industry and influences that it has on industry and its general position on the market are briefly

    shown. The second chapter elaborates the history and causes which had chronologically led to

    the situation in five axes machining that we have today. Here are shown technologies which are

    used in rudiments of automatization and factors which stimulate its further development. The

    third chapter shows current situation of five axes machining. Here are shown areas where five

    axes machining is applied and its capabilities in industry. The forth chapter introduces general

    technical themes that are connected with machine tools which do machining and its capabilities

    from technical aspects. The fifth chapter covers the themes which should be known when

    programming five axes machining. The chapter describes programming capabilities and methods

    which CAD/CAM systems can “comprehend” when programming is doing. Furthermore there

    are described important parameters connected with tool motion during machining. The sixth

    chapter describes data transfer from CAD/CAM systems to machine tool. The subchapter of

    inverse kinematics covers technical basements of machine tools programming. There are also

    described some possibilities which will surely take place in future. The seventh chapter gives an

    introduction to machine simulation and the matters of simulation of five axes machining. The

    eighth chapter shows comparision of three and five axes machining. Advantages that five axes

    machining has over three axes machining are exhibited, which are futhermore showen in

    example. The nineth chapter briefly summarize justifications of investments in five axes machine

    tools from a machine shop point of view. Additionaly chapter shows possibilities which could be

    expected from five axes machine tools and five axes machining in a near future.

  • Značajke petoosnih obrada Popis oznaka

    v

    POPIS OZNAKA

    CAD – Computer Aided Design

    CAM – Computer Aided Manufacturing

    NC – Numerical Control

    CNC – Computer Numerical Control

    APT – Automatically Programmed Tools

    DNC – Direct Numerical Control

    DNC – Distributed Numerical Control

    OMAC – Open Modular Architecture Control

    CAPP – Computer Aided Proces Planning

    HSM – High Speed Machining

    EDM – Electrical Discharge Machining

    CBN – Cubic Boron Nitride

    MQL – Minimum Quantity Lubrication

    FMS – Flexible Manufacturing System

    RMS – Reconfigurable Manufacturing System

    RMT – Reconfigurable Machine Tool

    RIM – Reconfigurable Inspection Machine

    ISO – International Organization for Standardization

    CL – Cutter Location

    SHIP – sredstvo za hlaĎenje, ispiranje i podmazivanje

    STL – Stereolitography (način spremanja podataka nastao od navedene riječi)

    MIT – Massachusetts Institute of Technology

    X, Y i Z – translacijske osi

    A i B – rotacijske osi

    T – translacija

    R – rotacija

    n – normala na obraĎivanu površinu

    κ – kut oštrice alata[o]

    βf – kut nagiba alata paralelno sa smjerom obrade [o]

  • Značajke petoosnih obrada Popis oznaka

    vi

    βn – kut nagiba alata okomito na smjer prolaza [o]

    κc – kut oštrice alata u zahvatu [o]

    κa – kut ulazne oštrice alata u zahvatu [o]

    κe – kut izlazne oštrice alata u zahvatu [o]

    φc – rotacijski kut oštrice alata u zahvatu [o]

    φa – rotacijski kut izlazne oštrice alata u zahvatu [o]

    φc – rotacijski kut ulazne oštrice alata u zahvatu [o]

    K – odabrana točka na oštrici alata u zahvatu

    F – rezna površina alata u zahvatu [mm2]

    A- površina poprečnog presjeka odvojene čestice [mm2]

    u – jedinični vektor

    f – posmak [mm]

    f – vektor smjera posmičnog gibanja

    D – oznaka matrice s kutovima zakreta alata

    ap – dubina rezanja [mm]

    vc – brzina rezanja [m/min]

    h – debljina odvojene čestice [mm]

    θ – kut zakreta glavnog vretena [o]

    P – vektor pomaka

    α, β i γ – kutovi izmeĎu normale na obraĎivanu površinu i koordinatnih osi [o]

  • Značajke petoosnih obrada Popis slika

    vii

    POPIS SLIKA

    Slika 1: Sučelje alatnog stroja, alata i obratka te ostalih čimbenika koji sudjeluju u procesu obrade [1] ..................... 1

    Slika 2: Kvalitativni prikaz svojstava reznih alata [1] ..................................................................................................... 2

    Slika 3: Trendovi u suvremenoj proizvodnji [1] .............................................................................................................. 3

    Slika 4: Neka obilježja suvremene proizvodnje [1] ......................................................................................................... 4

    Slika 5: Potrošnja obradnih strojeva u svijetu u periodu 2001. - 2009. [1] .................................................................... 5

    Slika 6: Jedan od prvih strojeva s oblikom numeričkog upravljanja [1] ......................................................................... 8

    Slika 7: Fleksibilni obradni sustav za izradu velikih komponenti [6] ............................................................................ 11

    Slika 8: Sustav RMS sa svojom podkompomentom naziva Rekonfigurabilni obradni stroj ili RMT (Eng.

    Reconfigurable Machin Tool) [13] .................................................................................................................... 13

    Slika 9: Primjer obrade kalupa za trup broda [1] ......................................................................................................... 16

    Slika 10: Različite razine postupaka izrade kalupa [14] ............................................................................................... 18

    Slika 11: Obrada jezgre kalupa [7, 6] ........................................................................................................................... 19

    Slika 12: Obrada matrice kalupa [7, 6] ........................................................................................................................ 20

    Slika 13: Obrada koničnih alata [7, 6] .......................................................................................................................... 20

    Slika 14: Primjer glodala za obradu drveta [7] ............................................................................................................ 21

    Slika 15: Skidanje srha s polimernih tvorevina [7, 6] ................................................................................................... 22

    Slika 16: Obrada drvenih modela [7, 6] ....................................................................................................................... 23

    Slika 17: Završna obrada dijelova namještaja [7, 6] .................................................................................................... 23

    Slika 18: Gruba obrada propelera [7] .......................................................................................................................... 24

    Slika 19: Završna obrada lopatica propelera [7] .......................................................................................................... 25

    Slika 20: Gruba obrada turbinske lopatice [7] ............................................................................................................. 25

    Slika 21: Završna obrada turbinskih lopatica korištenjem glodala s zaobljenim vrhom [7]......................................... 26

    Slika 22: Završna obrada turbinskih lopatica korištenjem glodala s vrhom zaobljenih rubova [7] ............................. 27

    Slika 23: Uporaba visokobrzinske obrade za obradu kalupa od otvrdnutog materijala [4]......................................... 28

    Slika 24: Obrada dijelova visoke tvrdode tokarenjem [1] ............................................................................................ 29

    Slika 25: Udio troškova u proizvodnji s primjenom SHIP-a; Mercedes Benz, Stuttgart, [1] ......................................... 30

    Slika 26: Shema gubitaka SHIP-a u procesu obrade [1] ............................................................................................... 31

    Slika 27: Primjer obrade robotom [1] .......................................................................................................................... 33

    Slika 28: Neke relacije između alatnih strojeva i robota [1] ........................................................................................ 34

    Slika 29: Prikaz relacija veličina na različitim razinama ............................................................................................... 35

    Slika 30: Opda podjela mikro obrada ........................................................................................................................... 36

    Slika 31: Koncepcija stroja XYZA'B' iz grupe 3/2' [8] .................................................................................................... 38

    Slika 32: Koncepcija stroja XBYAZ iz grupe 2/3' [8] ...................................................................................................... 39

  • Značajke petoosnih obrada Popis slika

    viii

    Slika 33: Koncepcija stroja sa obje rotacijske osi na obradnom stolu [8] .................................................................... 40

    Slika 34: Koncepcija stroja sa obje rotacijske osi na glavnom vretenu [8] ................................................................... 41

    Slika 35: Koncepcija stroja sa rotacijskim osima na glavnom vretenu i na stolu [8] .................................................... 42

    Slika 36: Obradak prikladan za obradu primjenom strategije pozicioniranja alata [6] ............................................... 44

    Slika 37: Primjer simultane petoosne obrade [6] ......................................................................................................... 45

    Slika 38: Kutovi obrade u XY ravnini, te u odnosu na Z-os kod paralelne obrade [10] ................................................. 47

    Slika 39: Putanje okomite na vodedu krivulju [10] ....................................................................................................... 47

    Slika 40: Oblik putanja između krivulja [10] ................................................................................................................ 48

    Slika 41: Putanje paralelne s krivuljom [10] ................................................................................................................. 48

    Slika 42: Oblik putanja između zadanih površina [10] ................................................................................................. 49

    Slika 43: Putanje paralelne sa zadanom površinom [10] ............................................................................................. 49

    Slika 44: Obrada bočnom stranom alata [10] .............................................................................................................. 50

    Slika 45: Način na koji se računalnom programu zadaju tolerancije na putanju alata [10] ........................................ 51

    Slika 46: Utjecaj razmaka između prolaza na kvalitetu obrađene površine [10] ......................................................... 51

    Slika 47: Cik -cak, jednosmjerna i spiralna metoda obrade [10] .................................................................................. 52

    Slika 48: Točka obrade na centru i na polumjeru zaobljenja vrha alata [10] .............................................................. 53

    Slika 49: Točke dodira alata i obrađivane površine s karakterističnim parametrima [10] .......................................... 53

    Slika 50: Nagibi alata tijekom obrade [12] .................................................................................................................. 54

    Slika 51: Karakteristični kutovi koji se pojavljuju prilikom nagiba alata [12] .............................................................. 55

    Slika 52: Geometrija alata sa polukuglastim vrhom[12] ............................................................................................. 56

    Slika 53: Rubne linije na obrađivanoj površini [12] ...................................................................................................... 57

    Slika 54: Obrada bez nagiba alata [10] ....................................................................................................................... 59

    Slika 55: Nagib alata relativno na smjer obrade primjenom cik-cak strategije [10] .................................................... 59

    Slika 56: Nagib alata za zadanu vrijednost kuta [10] .................................................................................................. 60

    Slika 57: Nagib kroz točku u kojoj se sijeku središnje osi alata u pozitivnom smjeru [10] ........................................... 60

    Slika 58: Nagib kroz krivulju kojom prolaze središnje osi alata u pozitivnom smjeru [10] .......................................... 61

    Slika 59: Nagib kroz točku/krivulju u kojoj se sijeku/kojom prolaze središnje osi alata u negativnom smjeru [10] .... 61

    Slika 60: Lokalna kolizija alata i obrađivane površine[9] ............................................................................................. 62

    Slika 61: Globalna kolizija držača alata i neaktivne površine[9] .................................................................................. 63

    Slika 62: Opdeniti sadržaj CL datoteke [1] .................................................................................................................... 65

    Slika 63: Primjer sadržaja CL sloga [1] ......................................................................................................................... 67

    Slika 64: Koordinatni sustavi alata, stroja i točke na obratku ..................................................................................... 69

    Slika 65: Dobivanje matrice transformacija translacijama i rotacijama ...................................................................... 70

    Slika 66: Zakretanje koordinatnih osi za kutove θ1 i θ2 .............................................................................................. 72

    Slika 67: Programirani kod za dobivanje matrice transformacija u računalnom programu Matlab ........................... 74

  • Značajke petoosnih obrada Popis slika

    ix

    Slika 68: Unos ulaznih varijabli u računalni program Matlab ...................................................................................... 75

    Slika 69: Ispis rezultata iz računalnog programa Matlab ............................................................................................ 76

    Slika 70: Stol stroja Deckel Macho 50 eVolution [11] .................................................................................................. 77

    Slika 71 :Izvedba stroja kod kojeg se dvije rotacijske osi sijeku pod kutom od 450 [11] .............................................. 78

    Slika 72: Pozicije B i C osi prilikom prolaska alata kroz točku singularnosti [11] ......................................................... 81

    Slika 73: Shema rada postprocesora [14] .................................................................................................................... 83

    Slika 74: Prednosti koje donosi programiranje obrade STEP-NC sustavima [14] ......................................................... 84

    Slika 75: Model slanja podataka upotrebom STEP-NC načina programiranja [14] ..................................................... 85

    Slika 76: STEP-NC sučelje na CNC stroju koje prikazuje geometriju dijela, vrijednosti tolerancija i preporučene

    parametre obrade [32] .................................................................................................................................. 86

    Slika 77: Shema razmjene AP 238 podataka [14] ........................................................................................................ 88

    Slika 78: Primjer prikaza značajki na dijelu za obradu [14] ......................................................................................... 89

    Slika 79: Primjer oznaka geometrijskih karakteristika [14] ......................................................................................... 89

    Slika 80: Primjer putanja alata [14] ............................................................................................................................. 91

    Slika 81: Shema povezanosti računalnih tehnologija CAPP, CAD i CAM [14] ............................................................... 93

    Slika 82: Opda arhitektura rada CAPP sustava [14] ..................................................................................................... 94

    Slika 83: Sučelje za upravljanje simulacijom u računalnom programu SolidCAM [12] ................................................ 95

    Slika 84: Model virtualnog stroja u računalnom programu (primjer u SolidCAM-u) [12] ............................................ 97

    Slika 85: Simulacija obrade u računalnom programu SolidCAM [12] .......................................................................... 98

    Slika 86: Položaj alata tijekom obrade troosnim strojem [9] ....................................................................................... 99

    Slika 87: Položaj alata tijekom obrade petoosnim strojem [9] .................................................................................. 100

    Slika 88: Prednost petoosne obrade nad troosnom kod konturnog glodanja-veda krutosti alata [9] ....................... 101

    Slika 89: Dimenzije i oblik sirovca i obratka u primjeru obrade ................................................................................. 102

    Slika 90: Definirane i programirane obrade prikazane u sučelju SolidCAM-a ........................................................... 103

    Slika 91: Definirani koordinatni sustav, sirovac i izradak ........................................................................................... 104

    Slika 92: Čeono glodanje obratka .............................................................................................................................. 104

    Slika 93: Konturno glodanje obratka ......................................................................................................................... 105

    Slika 94: Odabir glodala u SolidCAM-u ...................................................................................................................... 106

    Slika 95: Zadavanje tehnologije obrade u SolidCAM-u za troosni mod ..................................................................... 106

    Slika 96: Obrada zakrivljenih površina na troosnom stroju ....................................................................................... 107

    Slika 97: Izgled površine izratka nakon troosne obrade ............................................................................................ 107

    Slika 98: Zadavanje geometrije obrade u SolidCAM-u za petoosni mod ................................................................... 108

    Slika 99: Zadana krivulja-uzorak za kretanje alata tijekom obrade ........................................................................... 109

    Slika 100: Označene površine koje je potrebno obraditi ............................................................................................ 109

    Slika 101: Izbor alata za petoosnu obradu................................................................................................................. 110

  • Značajke petoosnih obrada Popis slika

    x

    Slika 102: Generirane putanje alata za petoosnu obradu ......................................................................................... 110

    Slika 103: Prolaz alata preko zakrivljenih površina primjenom petoosne obrade ..................................................... 111

    Slika 104: Izgled površine izratka nakon petoosne obrade ........................................................................................ 111

    Slika 105: Početak ispisa NC-koda troosne i petoosne obrade iz primjera ................................................................ 112

  • Značajke petoosnih obrada Popis tablica

    xi

    POPIS TABLICA

    Tablica 1: Mogudi sadržaj u riječi broj dva CL datoteke [1] ......................................................................................... 65

    Tablica 2: Format i sadržaj CL sloga tipa 1000 [1] ....................................................................................................... 66

    Tablica 3: Format i sadržaj CL sloga tipa 2000 [1] ....................................................................................................... 66

    Tablica 4: Format i sadržaj CL sloga tipa 3000 [1] ....................................................................................................... 66

    Tablica 5: Format i sadržaj CL sloga tipa 5000 [1] ....................................................................................................... 67

    Tablica 6: Podaci postupka obrade i konačne brzine operacija obrade ..................................................................... 113

  • Značajke petoosnih obrada Uvod

    1

    1. UVOD

    S napretkom tehnologije tijekom prošlog stoljeća pojavila se potreba za izracima sve

    složenijih površina. Takve složene površine nepravilnih geometrija najviše se zahtijevaju u

    zrakoplovnoj i automobilskoj industriji, industriji turbina i propelera, te u industriji alata i

    kalupa. U početku su se takvi izraci uspješno izraĎivali na troosnim strojevima korištenjem alata

    sa oblim vrhom. MeĎutim kako su zahtjevi rasli, a troosni strojevi sve teže udovoljavali traženim

    zahtjevima, u proizvodnju su se postepeno počeli uvoditi i višeosni strojevi i to posebno oni sa

    pet simultanih osi ili petoosni strojevi. Takvi strojevi u većini slučajeva uz tri translacijske osi,

    posjeduju još dvije rotacijske osi. Ovim koncepcijama strojeva alati su se tijekom obrade mogli u

    jednom stezanju privesti svim obraĎivanim površinama pod bilo kojom orijentacijom. Važno je

    napomenuti da uvoĎenje petoosnih strojeva ne bi predstavljalo veliki iskorak da u isto vrijeme

    njihovo programiranje nije popraćeno jednako brzim razvojem CAD/CAM sustava. Tako je

    ručno pisanje koda za NC (Eng. Numerical Control, Numeričko upravljanje) strojeve

    zamijenjeno programiranjem obrade u grafičkom okruženju na računalu uz znatne vremenske

    uštede.

    Slika 1: Suĉelje alatnog stroja, alata i obratka te ostalih ĉimbenika koji sudjeluju u procesu

    obrade [1]

  • Značajke petoosnih obrada Uvod

    2

    MeĎutim ubrzani razvoj petoosne obrade potrebno je sagledati iz perspektive

    cjelokupnog razvoja suvremene proizvodnje, Slika 1. Proizvodni proces karakteriziraju osnovni

    elementi: alatni stroj, alat i obradak, te svi dodatni elementi. Kod svih tih komponenti postoje

    stalne tendencije povećanja produktivnosti i ekonomičnosti. Te tendencije su najviše očituju kod:

    uvoĎenja novih materijala;

    uvoĎenja novih tehnologija.

    Zbog stalnih zahtjeva za povećanjem kvalitete proizvoda danas su prisutne tendencije

    stalnog uvoĎenja novih materijala, kako materijala obradaka, odnosno proizvoda, tako i

    materijala alata za obradu. Kod obradaka je stalno prisutna tendencija uvoĎenja novih materijala

    sa sve boljim mehaničkim i drugim eksploatacijskim svojstvima. Tu posebno prednjače

    kompozitni materijali, te titan i njegove legure. UvoĎenje novih materijala obradaka postavlja

    nove zahtjeve i za alatne strojeve, alate i upravljanje obradnim procesima.

    Rezni alati imaju vrlo intenzivan razvoj zbog stalne izloženosti zahtjevima za sve većim

    brzinama obrade, boljom kvalitetom obraĎene površine, nižim cijenama, manjem trošenju i sl.

    Slika 2.

    Slika 2: Kvalitativni prikaz svojstava reznih alata [1]

  • Značajke petoosnih obrada Uvod

    3

    Najveći dio reznih alata čine alati od „tvrdog metala“ s različitom veličinom zrna karbida i

    različitim brojem i vrstom prevlaka. Sve više se koriste i „super tvrdi materijali kao kubični

    borov nitrid ( Eng. CBN, Cubic Boron Nitride), jer su oni preduvjet za učinkovite obrade

    otvrdnutih i kompozitnih materijala. Minijaturizacija dijelova i razvoj mikroobrada imaju svoje

    specifičnosti kako u pogledu reznih alata, tako i u pogledu svih ostalih komponenti i modula

    obradnih sustava.

    Danas na području proizvodnje postoje različite obradne tehnologije koje su najčešće

    povezane s karakterističnim granama industrije, gdje su u mnogim slučajevima i meĎusobno

    povezane. Uz konvencionalne i standardne CNC (Eng. Computer Numerical Control, Računalno

    numeričko upravljanje) obrade najviše su zastupljene: visokobrzinske obrade, tvrde obrade, suhe

    obrade, mikro-obrade, obrade vodenim mlazom, obrade upotrebom robota, elektroerozije itd.

    Svaka od tih obrada posjeduje odreĎene specifičnosti koje se reflektiraju na cijeli sustav.

    Sadašnji trendovi idu ka tome da se ne izraĎuju više velike serije proizvoda nego one

    manjih količina, ali uz konačnu cijenu proizvoda gotovo kao kod velikih serija. Takvi trendovi

    zahtijevaju izrazito veliku fleksibilnost u proizvodnji. Da bi tvrtka u današnje vrijeme u tome

    uspjela, potrebno je da prati trendove na svim aspektima suvremene proizvodnje, od kojih je

    višeosno upravljanje samo jedan dio puta ka uspjehu. Koji su to sve trendovi najbolje se uočava

    sa Slika 3:

    Slika 3: Trendovi u suvremenoj proizvodnji [1]

  • Značajke petoosnih obrada Uvod

    4

    Iz prikaza je očito da su pritisci za konkurentnost i fleksibilnost proizvodnje veliki a osnovni

    zahtjevi koji vode do tih trendova u današnje vrijeme su [1]:

    zahtjevi za većom produktivnošću;

    zahtjevi za kraćim vremenom obrade;

    zahtjevi za većim iskorištenjem alatnih strojeva;

    zahtjevi za stalnim povećanjem kvalitete obrade;

    zahtjevi za očuvanje okoliša;

    novi teže obradivi materijali obratka.

    Zahtjevi tržišta spram onoga od prije nekoliko desetljeća su se takoĎer značajno

    promijenili u posljednje vrijeme. Osnovna obilježja suvremenog tržišta su [1]:

    skraćenje vijeka trajanja proizvoda na tržištu;

    smanjenje veličine serije proizvoda;

    povećanje broja varijanti proizvoda;

    povećanje utjecaja i želja kupaca na oblik i karakteristike proizvoda;

    česte promjene želja kupaca;

    utjecaj konkurencije;

    jeftiniji i kvalitetniji proizvodi.

    Slika 4: Neka obiljeţja suvremene proizvodnje [1]

  • Značajke petoosnih obrada Uvod

    5

    Svi navedeni trendovi i zahtjevi odrazili su se i na zahtjeve za obradnim strojevima i

    obradnim sustavima, koji moraju na sve zahtjeve ponuditi primjerene odgovore kako bi

    kompanija ostala konkurentna. Tako se danas kao obilježja suvremenih proizvodnih sustava

    ističu:

    veliku fleksibilnost i mogućnost brze reakcije na zahtjeve tržišta;

    visok stupanj iskorištenja radnog vremena;

    smanjenje proizvodnih troškova (rentabilnost);

    održavanje kvalitete proizvoda uz minimalni otpad;

    autonoman rad.

    MeĎutim uz sve navedene napore potrebno je još uvažiti aspekt globalizacije koja može

    dovesti do nepredvidivih kretanja, Slika 5. Tako primjerice danas zemlje s jeftinom radnom

    snagom uspijevaju kroz strana ulaganja pribaviti najnovije tehnologije koje inicijalno nisu same

    morale proizvoditi, te uz jeftini rad dati nisku cijenu konačnog proizvoda, što ih drži izrazito

    konkurentnima.

    Slika 5: Potrošnja obradnih strojeva u svijetu u periodu 2001. - 2009. [1]

  • Značajke petoosnih obrada Uvod

    6

    U godini 2009. [1] dvadeset i osam najrazvijenijih zemalja svijeta proizvelo je obradnih

    strojeva u vrijednosti 55,2 milijarde dolara (meĎutim to je za 30% manje u odnosu na 2008.

    godine, što je uzrokovano ekonomskom krizom). U toj proizvodnji pet azijskih zemalja: Japan,

    Kina, Indija, Tajvan i Južna Koreja drže skoro 50%.

    U potrošnji obradnih strojeva, Slika 5, većina zemalja osim Kine držala je konstantnu

    razinu tijekom zadnjeg desetljeća, dok su 2009. godine zabilježile znatan pad. S druge strane

    Kina je tijekom desetljeća bilježila konstantan porast potrošnje obradnih strojeva, a to je ostvarila

    čak i u 2009. godini.

  • Značajke petoosnih obrada Petoosne obrade

    7

    2. PETOOSNE OBRADE

    2.1. Pretpostavke za razvoj numeriĉkog upravljanja

    Automatizacija alatnih strojeva započela je oko 1800 godine uvoĎenjem bregastih vratila

    koja su pokretala alatni stroj. U početku su to većinom bili strojevi ugraĎeni u glazbene kutije ili

    ku- ku satove. IzmeĎu 1820 i 1830 Thomas Blanchard je konstruirao kopirnu tokarilicu za

    proizvodnju dijelova nekih oružja, a Christopher M. Spencer je 1870 napravio tokarilicu s

    okretnom glavom. Svoj vrhunac alatni strojevi bazirani na bregastim vratilima dosežu za vrijeme

    Prvog svjetskog rata. MeĎutim sve takve izvedbe bile su daleko od numeričkog upravljanja, jer

    nisu mogle biti apstraktno programirane. To znači da nije postojala direktna veza izmeĎu oblika

    obraĎivanog obratka i koraka obrade potrebnih za njegovu izradu. Bregasta vratila su radila na

    bazi kodiranih informacija, ali te informacije su se morale ručno unositi sa inženjerskih nacrta

    različitim tehnologijama. Tijekom razvoja takvih strojeva bilo je potencijala za spajanje

    pojedinačnih obrada u neke oblike automatiziranog upravljanja. MeĎutim stvarna automatizacija

    nastupila ja mnogo desetljeća poslije.

    Primjena hidraulike na strojevima sa bregastim vratilima rezultirala je pojavom

    automatizacije kroz dodatne naprave koji su imale probnu iglu koja bi prelazila preko zadanog

    predloška. Primjer ovog stroja je bio Pratt i Whitneyev stroj zvan Keller. Ovaj stroj je mogao

    kopirati predloške duge nekoliko metara. Sljedeći pristup prezentirala je kompanija General

    Motors (GM) pedesetih godina dvadesetog stoljeća pod nazivom „snimi i ponovi“ (Eng. Record

    and Playback). Ovim načinom su se snimale putanje alata kojima je pri obradi nekog dijela

    upravljao iskusan operater. Snimljeni podaci su se spremali i po potrebi ponovo koristili.

    Kronološki povijesni tijek razvoja strojeva mogao bi se postaviti kako slijedi:

    1650. Nizozemska - sustavi za automatsko zvonjenje zvonima;

    1700. Engleska - upotreba bušene kartice za upravljanje strojevima za pletenje;

    1800. Jacquard razvio stroj za pletenje i tkanje upravljan bušenom vrpcom;

    1800. Charles Babbage konstruirao prvo digitalno računalo (nije bilo nikada izvedeno);

    1863. M. Fourneaux patentirao prvi automatski pijanino;

    1870. Eli Whitney uvodi proizvodnju zamjenljivih dijelova (upotreba steznih naprava);

    1940. uvode se hidraulika, pneumatika i elektrika za automatsko upravljanje strojem;

  • Značajke petoosnih obrada Petoosne obrade

    8

    1945. Mauchly i Eckert razvijaju prvi digitalni elektronički kompjutor ENIAC;

    1948. inicijativa za razvoj numerički upravljanih alatnih strojeva, zadatak MIT-a;

    1952. MIT- numerički upravljana glodalica-bušilica (Hydrotool);

    1948.- 1952. US Air Force (Zrakoplovstvo SAD-a) je pokrenulo projekt razvitka alatnog

    stroja koji je bio sposoban obraĎivati složene dijelove (osigurati zamjenjivost dijelova) za

    zrakoplovnu industriju sa uskim tolerancijama na obraĎenu površinu. Projekt je raĎen na

    MIT (Massachusets Instiute of Technology) pod vodstvom Johna Parsonsa;

    1957. prva svjetska instalacija numerički upravljanog alatnog stroja;

    1959. razvoj automatskog programiranja i programskog jezika APT (Eng. Automatic

    Programmed tools).

    Slika 6: Jedan od prvih strojeva s oblikom numeriĉkog upravljanja [1]

  • Značajke petoosnih obrada Petoosne obrade

    9

    2.2. Razine numeriĉkog upravljanja

    Povijest numeričkog upravljanja počinje na MIT-u 1949. godine kada je za potrebu

    obrade komponenti vojnih helikoptera uvedeno glodanje prema podacima s bušene vrpce. Vrpca

    se sastojala od sedam redova, od kojih su prva tri sadržavala podatke za upravljanje s osi stroja, a

    ostala četiri reda podatke i različite dodatne informacije za upravljanje procesima [33]. Već

    1953. godine uz bušene vrpce pojavljuju se podaci na magnetnim vrpcama.

    MeĎutim svo to vrijeme podaci za bušene i magnetne vrpce pisani su ručno. Godine

    1956. John Runion konstruirao ureĎaj pod nazivom Whirlwind koji je podatke na vrpce upisivao

    uz pomoć računala. Neki to uzimaju kao početak pojave CNC-a premda se „stvarni“ početak

    CNC-a veže uz sedamdesete godine prošlog stoljeća. Kako je ovom metodom znatno skraćeno

    vrijeme izrade programa za obradu, slijedio je strelovit napredak na ovome području, koji traje i

    danas. Kronološki se povijest numeričkog upravljanja može prikazati kako slijedi:

    1959. MIT je objavio razvitak prvog jezika za programiranje NC strojeva. Jezik je nazvan

    APT;

    1960. Direktno numeričko upravljanje – DNU (Eng. Direct Numerical Control – DNC)

    Omogućeno je izravno slanje programa iz DNC računala u upravljačko računalo CNC

    stroja (bušena vrpca nije nužna);

    1968. u kompaniji Kearney & Trecker izraĎen je prvi obradni centar;

    1970-tih. pojava CNC alatnih strojeva, a odmah nakon toga Distribuiranog numeričkog

    upravljanja – DNU (Distributed Numerical Control – DNC). Skraćenica DNC dobiva

    novo značenje;

    1980-tih. pojava CAD/CAM sustava. Javljaju se CAD/CAM sustavi za operativni sustav

    Unix i za PC računala;

    1990-te. veliki pad cijena u CNC tehnologiji;

    1997. pojava upravljačkih računala zasnovanih na otvorenoj arhitekturi (PC Windows/

    NT based “Open Modular Architecture Control (OMAC)” systems).

    Danas su se na bazi NC upravljanja razvile različite razine i načini upravljanja za

    poboljšanje produktivnosti i ekonomičnosti proizvodnje. Različite industrije zahtjevale su

    različita usavršavanja ovih tehnologija u odreĎenim granama, što je dovelo do stanja da danas

  • Značajke petoosnih obrada Petoosne obrade

    10

    postoje neke potpuno specifične razine vezane uz NC upravljanje. Od specifičnih načina

    upravljanja proizvodnjom potrebno je navesti:

    direktno numeričko upravljanje ili DNC;

    fleksibilni obradni sustavi ili FMS (Eng. Flexible Manufacturimg System);

    rekonfigurabilni proizvodni sustavi ili RMS (Eng. Reconfigurable Manufacturing

    System).

    Direktno numeričko upravljanje – još nazivano i Distribuirano numeričko upravljanje je

    izraz za upravljanje proizvodnjom pomoću IT mreža. Kako na pojedinim obradnim strojevima

    dostupna memorija pojedinih upravljačkih računala nije dovoljno velika da sadrži izvoĎenje

    cijeloga programa (primjer su obrade kompleksnih površina), podaci se u takvim slučajevima

    pohranjuju na odvojeno stolno računalo i šalju direktno na izvoĎenje u stroj, blok po blok.

    Ukoliko je takvo računalo spojeno sa više obradnih strojeva, ono može distribuirati podatke na

    više mjesta u isto vrijeme, što se omogućava posebnim dodatnim računalnim programima. Sa

    razvitkom PC računala proizvoĎačima DNC sustava su se otvorile dodatne mogućnosti za

    podršku proizvodnje, osim same pohrane podataka. Tako se danas pod ovim terminom dodatno

    nude usluge kao: nadgledanje obrade u stvarnom vremenu, grafička podrška, upravljanje alatima,

    statističko praćenje rada strojeva i proizvodnje općenito i sl. Ovakvi programi pružaju

    operaterima integrirani pregled svih informacija (tekstualnih i grafičkih) potrebnih za djelotvornu

    obradu, dok menadžementu pružaju uvid u proces proizvodnje na svakom koraku. Vrlo često su

    DNC sustavi u kompanijama povezani sa CAD/CAM i CAPP (Eng. Computer Aided Process

    Planning) sustavima.

    Fleksibilni obradni sustavi – su sustavi koji posjeduju odreĎenu dozu fleksibilnosti koja

    omogućava sustavu da reagira u slučaju zahtjeva za promjenom bilo ona predvidljiva ili

    nepredvidljiva. Ta fleksibilnost se općenito dijeli na dvije kategorije, iako svaka od njih može

    posjedovati još mnogo podkategorija:

    fleksibilnost stroja;

    usmjerena fleksibilnost.

  • Značajke petoosnih obrada Petoosne obrade

    11

    Fleksibilnost stroja pokriva područje sposobnosti sustava da reagira na promjene kako bi

    mogao proizvesti nove tipove proizvoda, te sposobnost promjene redoslijeda operacija koje se

    izvršavaju nad dijelom. Usmjerena fleksibilnost se sastoji od sposobnosti korištenja većeg broja

    strojeva korištenih za izradu dijela, kao i sposobnost sustava da apsorbira velike promjene kao u

    primjerice količini proizvedenih dijelova ili u djelotvornosti proizvodnje.

    Slika 7: Fleksibilni obradni sustav za izradu velikih komponenti [6]

    Većina FMS sustava se sastoji od triju osnovnih podsustava. Sustav alatnih strojeva koji

    su uvijek CNC strojevi, spojen je sustavom za manipulaciju obratcima kako bi se optimirao

    protok dijelova, a sve je nadgledano i upravljano sustavom računalnog upravljanja.

    Osnovne prednosti FMS-a su: brzina izrade, manja jedinična cijena, veća efikasnost,

    bolja kvaliteta, povećana djelotvornost sustava, sposobnost povezivanja sa CAD/CAM

    sustavima, itd. Osnovni nedostak je cijena postavljanja sustava.

  • Značajke petoosnih obrada Petoosne obrade

    12

    FMS protok podataka sastoji se od dviju osnovnih tipova podataka u obliku velikih

    datoteka i malih poruka. Ti podaci većinom pristižu sa različitih čvorova, ureĎaja ili

    instrumenata. Veličina malih poruka kreće se u rasponu od nekoliko byte-ova do nekoliko stotina

    byte-ova. Za razliku od poruka podaci izvršnog računalnog programa, te neki slični podaci

    sastoje se od datoteka velikih dimenzija. Postoje i odreĎena odstupanja u potrebnom vremenu za

    odgovor komponenti u sustavu. Velike datoteke programa sa glavnog računala obično

    zahtijevaju do šezdeset sekundi za učitavanje od strane pojedinog instrumenta ili stroja na

    početku FMS operacije. Poruke sa instrumenata šalju se periodično u vremenu sa predodreĎenim

    vremenskim odstupanjima. Ostali tipovi poruka koje prenose hitne obavijesti su posebno malih

    veličina i moraju biti odaslane i primljene gotovo trenutno. Danas su kod FMS sustava

    najizraženija istraživanja oko mrežnih protokola koji bi djelotvorno podržavali FMS

    karakteristične podatke. To je prvenstveno stoga što postojeći IEEE standardni protokoli ne

    zadovoljavaju u potpunosti komunikacijske zahtjeve u FMS okruženju.

    Rekonfigurabilni (podesivi) proizvodni sustavi – Rekonfigurabilni proizvodni sustavi ili

    skraćeno RMS u usporedbi s FMS imaju različite ciljeve. Osnovni cilj FMS-a je povećanje

    različitosti proizvedenih dijelova. Osnovni cilj RMS-a je povećanje brzine odgovora na zahtjeve

    tržišta. RMS je takoĎer fleksibilan ali u ograničenom opsegu. Njegova fleksibilnost je ograničena

    samo na proizvodnju porodica izradaka. Osnovnu primjenu FMS je pronašao kod proizvodnje

    malih serija proizvoda. Proizvodnja korištenjem RMS- a kreće se od malih do vrlo velikih serija

    proizvoda, Slika 8.

    RMS je prvotno dizajniran tako da može brzo promijeniti vlastitu strukturu, kao i vlastite

    komponente hardvera i softvera, kako bi brzo postavio svoje proizvodne mogućnosti na

    iznenadne promjene tržišta ili unutrašnjih sistemskih promjena. Idealni RMS posjeduje šest

    osnovnih karakteristika:

    modularnost;

    integritet;

    prilagodljivu fleksibilnost;

    raspon djelovanja;

    promjenjivost;

    dijagnosticiranje.

  • Značajke petoosnih obrada Petoosne obrade

    13

    Slika 8: Sustav RMS sa svojom podkompomentom naziva Rekonfigurabilni obradni stroj ili

    RMT (Eng. Reconfigurable Machin Tool) [13]

    Modularnost predstavlja razdjeljivanje proizvodnih funkcija na različite operacijske

    jedinice kako bi se njima moglo upravljati izmeĎu različitih proizvodnih shema. Osnovni cilj

    ovakvog načina rada je postizanje optimalne razine proizvodnje. U RMS većina komponenti je

    tipično modularna (npr. strojevi, upravljačke osi, upravljačka računala...). Ukoliko se prilikom

    rada pokaže potreba, te komponente mogu biti zamjenjene novima koje bolje odgovaraju

    postavljenim zahtjevima.

    Integritet predstavlja sposobnost brzog i preciznog integriranja različitih modula u

    skupove mehaničkih, informacijskih ili upravljačkih sučelja. Integracijska pravila omogućuju

    konstruktorima strojeva da povežu različite skupove komponenata stroja sa strojnim modulima i

    tako omoguće integraciju proizvodnje. Kada se promatra sa razine sustava, različite module

    predstavljaju strojevi, koji se integriraju pomoću sustava za transportiranje dijelova koji se

    obraĎuju, te tako tvore podešavajući sustav.

    Prilagodljiva fleksibilnost omogućuje konstruiranje sustava za proizvodnju familije

    dijelova, prije nego proizvodnju pojedinog dijela. Familija dijelova predstavlja npr. nekoliko

    vrsta blokova motora ili nekoliko vrsta mikroprocesora. To znači da u kontekstu RMS-a, familija

    dijelova predstavlja sve dijelove koji imaju slične geometrijske značajke, jednak stupanj

    tolerancija, zahtijevaju iste operacije obrade ili su u jednakom redu koštanja.

    Raspon djelovanja predstavlja sposobnost lake promjene proizvodnih kapaciteta sa

    prenamjenama komponenti postojećeg proizvodnog sustava. Ova karakteristika na razini stroja

    može predstavljati dodavanje pomoćnog vretena stroju kako bi mu se povećala produktivnost.

  • Značajke petoosnih obrada Petoosne obrade

    14

    Promjenjivost je sposobnost promjene funkcionalnosti postojećeg sustava, strojeva i

    upravljačkih računala kako bi se zadovoljili novi proizvodni zahtjevi. Primjer promjenjivosti

    može biti promjena okretnog momenta vretena stroja, kada se pojavi potreba za obradom

    materijala sa različitim obradnim karakteristikama od onih za koje je stroj do tada bio namjenjen.

    Dijagnosticiranje je sposobnost automatskog uvida u trenutno stanje sustava i detekcije

    mogućih zastoja, te pronalaska rješenja za njihovo otklanjanje. Dijagnosticiranje ima dva

    aspekta. Prvi se odnosi na detekciju zastoja na pojedinom stroju tokom rada, dok se drugi odnosi

    na detekciju izradaka s nezadovoljavajućom kvalitetom obrade. Drugi aspekt je od prilične

    važnosti kod RMS sustava. Kako su proizvodni sustavi rekonfigurabilni, njihove postavke su

    izložene učestalom mjenjanju, te je stoga važno da sustav ima sposobnost brze prilagodbe novom

    načinu rada kako bi mogao proizvesti izratke zadovoljavajuće kvalitete. U tu svrhu se u RMS

    sustave nadograĎuju sustavi koji mjere kvalitetu izradaka kao npr. RIM (eng. Reconfigurable

    Inspection Machine). Namjena ovih podsustava je da pomognu u brzom pronalasku uzroka loše

    kvalitete izraĎenih dijelova.

    2.3. Razvitak petoosnih strojeva

    Povijest petoosne obrade počinje s potrebama zrakoplovne industrije pedesetih godina

    dvadesetog stoljeća, a slične potrebe javile su se i kod izrade opreme za transport, konstrukcije,

    kućne aplikacije itd. Bilo je potrebno obraditi zahtjevne i kompleksne površine koje su bile

    zakrivljene i nagnute pod više različitih kutova. Takve zahtjevne i kompleksno zakrivljene

    površine obraĎivale su se na troosnim alatnim strojevima za glodanje, kompenzirajući nedostatak

    dviju osi raznim specijalnim alatima, prihvatima obratka i obradom dijela s nekoliko strana da bi

    se dobila zadovoljavajuća razina gotovosti. Raznim kompanijama tada je postalo jasno da je

    neophodno uvesti simultanu petoosnu obradu u svoje poslovanje. To je bio preokret u razvoju

    strojeva za glodanje s pet simultanih osi gibanja i pripadajućih upravljačkih računala. Povijest

    petoosne obrade seže u 1958 g., kada je jedan od prvih projekta bio uspostavljen za U.S. Air

    Force kompaniju, Cincinnati Milacron. Zatim Cincinnati Milling Machine Co. imali su ugovor o

    petoosnoj vertikalnoj glodalici koja je trebala biti pogonjena sa tri tzv. „kontrolera“. Stroj je imao

    pet osi gibanja (X, Y, Z, A i B). Jedan kontroler bio je zadužen za translacijsko gibanje triju osi

    (X,Y,Z), dok je drugi bio zadužen za prvu rotacijsku os (A), a treći za drugu rotacijsku os (B).

  • Značajke petoosnih obrada Petoosne obrade

    15

    Stroj je uključivao mehaničko računalo koje je pratilo dubinu glodala triju translacijskih osi (X,

    Y, Z) i dva kuta nagiba rotacijskih osi (A i B). Bio je to zahtjevan zadatak. Cijeli projekt nazvan

    je “Opium Mill". Takav naziv je implicirao na koncept koji nije bio u doticaju sa stvarnošću za

    tadašnje vrijeme. Bez NC tehnologije koncept nije bio praktičan za upotrebu.

    Četiri su glavne stavke, tj. tehnologije bile ključne za kvalitetnu primjenu petoosne

    obrade, a to su kako slijedi:

    alatni stroj;

    upravljački hardver;

    upravljački softver;

    softver za programiranje obrade dotičnog dijela.

    Danas je takvoj obradi neosporno pomogao ubrzani razvoj računala i prateće tehnologije, razvoj

    elektronike koji je doprineo projektiranju kvalitetnih i veoma moćnih upravljačkih jedinica.

    Danas se na tržištu takoĎer nudi veliki broj CAD programa koji su sve više povezani (integrirani)

    s CAM programima, što krajnjem korisniku uvelike olakšava put od ideje pa do gotovog

    obraĎenog dijela.

  • Značajke petoosnih obrada Najčešći primjeri primjene petoosne obrade

    16

    3. NAJĈEŠĆI PRIMJERI PRIMJENE PETOOSNE OBRADE

    Primjena petoosne obrade donijela je značajne prednosti u proizvodnji. MeĎutim i dalje

    se konstantnim poboljšanjima u konstrukciji strojeva stalno otklanjaju postojeći nedostaci. Kod

    velikih površina sa velikim polumjerima zakrivljenosti (kao npr. izrada kalupa za trup broda),

    vrijeme obrade može se smanjiti za 20‐30%, Slika 9.

    Slika 9: Primjer obrade kalupa za trup broda [1]

    To je posljedica činjenice da petoosna upravljačka računala putanje alata po površinskoj

    geometriji predmeta računaju vrlo precizno koristeći matematičke funkcije, te se stoga i dobivaju

    puno bolje obraĎene površine nego kod sustava gdje se geometrijske forme računaju na principu

    trokuta ili sličnih entiteta. Kada je u pitanju obrada, npr. strme površine jezgre kalupa za

  • Značajke petoosnih obrada Najčešći primjeri primjene petoosne obrade

    17

    injekcijsko prešanje, upravljačko računalo generira petoosnu putanju alata na konveksnoj

    površini gdje koristi vanjski promjer glodala na kojem je brzina rezanja maksimalna. Posljedica

    toga je reduciranje vremena obrade i kvalitetnije obraĎena površina.

    Kada se obraĎuju dijelovi obradaka malih površina i velikih polumjera zakrivljenosti,

    često se koriste glodala sa zaobljenim vrhom (Eng. Ball End). Kod petoosnih sustava glodalo

    može biti nagnuto u odnosu na površinu obrade pod optimalnim kutom tako da se dobije

    konstantan presjek odvojene čestice što rezultira povoljnim uvjetima obrade u kontaktnoj točki.

    Na taj način dobije se bolja kvaliteta obraĎene površine s time da se i vijek trajanja reznog alata

    može značajno produžiti.

    3.1. Petoosne obrade u industriji kalupa i alata

    Jedna od najznačajnijih uloga obrade odvajanjem općenito je u industriji izrade kalupa.

    Kalupi za izradu polimernih izradaka mogu imati vrlo složene površine što predstavlja izazov za

    proizvoĎače kalupa. Izrada kalupa može se podijeliti na dva područja i to: izrade standardnih

    elemenata kalupa (kalupne ploče, elementi za voĎenje, elementi za centriranje, dijelovi uljevnih

    sustava...) i izrade nestandardnih elemenata kalupa (žigovi, gnijezda, klizači...), s time da je

    izrada standardnih elemenata kalupa velikoserijska i serijska proizvodnja, a izrada nestandardnih

    elemenata pojedinačna proizvodnja. Kako se u većini slučajeva radi o skupom i dugotrajnom

    procesu, proizvoĎači neprestano imaju potrebu tražiti rješenja koja bi smanjila takve gubitke. Na

    slici [10] prikazani su postupci izrade kalupa i to tradicionalnim načinima i nekim poboljšanim

    suvremenim metodama.

    Postupak A sa slike [10] se sastoji od slijedećih koraka:

    1. toplinski neobraĎeni sirovac;

    2. grubo glodanje;

    3. poluzavršno glodanje;

    4. toplinska obrada;

    5. obrada elektroerozijom;

    6. završno glodanje;

    7. ručna obrada.

  • Značajke petoosnih obrada Najčešći primjeri primjene petoosne obrade

    18

    Postupak B se sastoji od identičnih koraka kao i postupak A, s razlikom što je kod postupka B

    načinjeno poboljšanje eliminiranjem obrade elektroerozijom u cjelokupnoj izradi obratka.

    Postupak C se sastoji od koraka:

    1. toplinski obraĎeni sirovac;

    2. grubo glodanje;

    3. poluzavršno glodanje;

    4. završno glodanje;

    5. ručna obrada.

    Sa Slika 10 je vidljivo da se suvremenim metodama opisanima u postupku C uspijevaju

    preskočiti dva koraka tradicionalnih metoda, tako što se odmah ide na obradu toplinski

    obraĎenog sirovca, a eliminirana je i obrada elektroerozijom. Ovim poboljšanjima ostvaruju se

    uštede u vremenu izrade i troškovima od 30 do 50%. Najčešće korištene suvremene metode

    obrade odvajanjem za izradu kalupa su visokobrzinske obrade, suhe obrade i tvrde obrade.

    Primjena navedenih metoda u kombinaciji sa petoosnim obradama trenutno drži vrh u ovoj grani

    industrije.

    Slika 10: Razliĉite razine postupaka izrade kalupa [14]

  • Značajke petoosnih obrada Najčešći primjeri primjene petoosne obrade

    19

    Obrada jezgri kalupa – Slika 11. Petoosna obrada kod strmih površina jezgri kalupa

    pruža mnoge prednosti jer se u tom slučaju može projektirati obrada kod koje je kontaktna

    geometrija izmeĎu alata i obraĎivane površine linija (a ne točka), što za posljedicu ima manju

    hrapavost, a željenu površinu je moguće obraditi u manje prolaza i u kraćem vremenu. Maleni

    polumjeri zakrivljenosti i strmine unutar kutova obratka mogu se definirati kao neobraĎene

    geometrije koja će se obraditi kasnije. Površine na kojima se kalup razdvaja mogu biti definirane

    kao kontrolne površine unutar kojih se vrši obrada jezgre kalupa.

    Slika 11: Obrada jezgre kalupa [7, 6]

    Obrada matrice kalupa – Slika 12. Petoosno upravljanje je veoma pogodno za obradu

    dubokih matrica kalupa. Snažan algoritam za automatsko nagibanje alata, koji brine o

    izbjegavanju kolizije, ili pak o željenoj orijentaciji alata i držača alata, omogućava obradu

    matrice kalupa sa standardnim glodalima malih promjera. Obrada se vrši bez neželjenih vibracija

    koje se javljaju prilikom završnih obrada zbog većih brzina rezanja. Imajući u vidu tu strategiju,

    petoosna obrada omogućava glodanje dijelova kalupa koji su se prije trebali obraĎivati EDM

    postupkom (Eng. Electrical Discharge Machining, obrada elektroerozijom). Na taj način

    dramatično je skraćeno vrijeme izrade kalupa, kao što je i pojeftinjena cjelokupna proizvodnja.

  • Značajke petoosnih obrada Najčešći primjeri primjene petoosne obrade

    20

    Slika 12: Obrada matrice kalupa [7, 6]

    3.2. Obrada drţaĉa reznih alata petoosnom obradom

    Kada se obraĎuju držači reznih alata za obradu metala, neophodno je izvršiti postupak

    glodanja ležišta izmjenjivih pločica u simultanome petoosnom modu. U mnogim slučajevima je

    potrebna obrada na nekoliko različitih dubina, ovisno o tipu alata. Kraće vrijeme obrade je

    ključno, budući da se radi o veoma skupome postupku obrade. Skraćivanje vremena obrade je

    moguće jedino postizanjem glatke putanje alata, koja je podržana u sustavu petoosnih

    upravljačkih računala.

    Slika 13: Obrada koniĉnih alata [7, 6]

  • Značajke petoosnih obrada Najčešći primjeri primjene petoosne obrade

    21

    Obrada koničnih alata – Slika 13. Osnovni preduvjet za uspješnu obradu koničnih alata

    je djelotvorna kontrola kolizije na mjestima obrade zareza i oštrih prijelaza. Mogućnosti takve

    kontrole danas se nalaze u petoosnim modulima provjere upravljačkih računala. Iako su već sada

    razvijeni algoritmi za tu svrhu prilično djelotvorni, mnoga istraživanja se i dalje izvode u tom

    smjeru.

    Obrada glodala za obradu drveta – Slika 14. Dokazano je da dijametralno suprotno

    nagnute rezne oštrice na alatima za obradu drveta dovode do boljih performansi obrade drveta.

    Bez petoosne obrade takvu geometriju bi bilo veoma teško postići.

    Slika 14: Primjer glodala za obradu drveta [7]

    3.3. Petoosna obrada u industriji prerade polimera i obrade drveta

    Skidanje srha s polimernih tvorevina – Slika 15. Nakon izrade polimernih tvorevina

    vakuumskom tehnikom, tehnikom ojačavanja vlaknima ili nekom drugom tehnikom, polimerne

    je tvorevine potrebno dalje doraditi na način da je potrebno obraditi provrte, načiniti brazde,

    izvesti različite kanale i sl, i to sa različitih strana dijela. Današnji postprocesori osiguravaju

    maksimalno djelotvorno upravljanje orijentacijom glavnog vretena. Kod dijelova većih

  • Značajke petoosnih obrada Najčešći primjeri primjene petoosne obrade

    22

    dimenzija obično se koriste strojevi „Gantry“ izvedbe kod kojih se obje rotacijske osi nalaze u

    sklopu glavnog vretena. Stoga upravljačka računala takvih strojeva imaju posebne algoritme za

    upravljanje odabirom orijentacije alata tijekom obrade. Dodatno, automatska detekcija kolizije

    tijekom obrade izmeĎu steznih naprava i alata je vrijedna značajka upravljačkih računala ovakvih

    petoosnih strojeva.

    Slika 15: Skidanje srha s polimernih tvorevina [7, 6]

    Izrada šablona i obrada drvenih modela – Slika 16. Izrada drvenih kalupa velikih

    dimenzija korištenjem petoosne obrade rezultira velikim smanjenjem vremena obrade u odnosu

    na jednake modele koji se izraĎuje primjenom troosne obrade. Uz činjenicu da je kod troosne

    obrade potrebno razdijeliti obradak na nekoliko manjih dijelova kako bi se mogla postići obrada

    u željenoj poziciji sa primjerenom orijentacijom alata, potrebno je povezano s tim postavljanje i

    nekoliko nul-točaka obrade. Ovdje je možda najveća prednost primjene petoosne obrade to da se

    korištenjem ravnih glodala velikih promjera (Eng. Flat End Mill) postavljenih okomito na

    obraĎivanu površinu obrada vrši najvećom, odnosno cijelom površinom alata. Dodatne istaknute

    značajke petoosne obrade u ovom slučaju su takoĎer bitne. Najpotrebnije je još spomenuti

    značajku koja omogućuje korisniku da sam definira izgled i dimenzije sirovca (Eng. Stock

    Surface Model), te uz željeni CAD model obratka (Eng. Target) dobije sklop prema kojem se

    vrši obrada. Time se izbjegavaju nepotrebni hodovi (ne prazni, ali svakako beskorisni) skidanja

    materijala koji je nepotreban, što može trajati veoma dugo kod dijelova velikih dimenzija (npr.

    izrada kalupa trupa broda).

  • Značajke petoosnih obrada Najčešći primjeri primjene petoosne obrade

    23

    Slika 16: Obrada drvenih modela [7, 6]

    Obrada dijelova namještaja – Slika 17. Upotreba petoosne obrade veoma je prisutna i u

    industriji izrade namještaja. Današnji trendovi idu ka sve zahtjevnijim oblicima namještaja (npr.

    dizajn) koji je lako postići uporabom petoosne obrade. Situacija je slična kao i kod izrade

    drvenih modela, tj. Industrije prerade polimera. To su sve grane proizvodnje gdje se koriste

    strojevi sličnih konfiguracija.

    Slika 17: Završna obrada dijelova namještaja [7, 6]

  • Značajke petoosnih obrada Najčešći primjeri primjene petoosne obrade

    24

    3.4. Petoosna obrada propelera

    Gruba obrada propelera – Slika 18. Obrada propelera je jedna od najkompleksnijih

    zadaća za proces glodanja. Jedan od razloga za to je taj što vrlo mali prostor za zakretanje alata

    mora biti kombiniran s visokim zahtjevima za kvalitetu obraĎene površine. Dalje slijede

    ekonomski zahtjevi za kratkim vremenom izrade u kombinaciji sa zahtjevima za glatkim

    prolazima alata preko obratka s mnogo obradnih površina. Nadalje ukoliko se modeli sastoje od

    tankih rebara, ta su rebra podložna oštećenjima uzrokovanim vibracijama.

    Kod ovog procesa najbolji rezultati su postignuti metodom definicije pripremka na

    gornjoj i donjoj površini rebara, uz upotrebu koničnih alata za obradu. Daljnja značajka ove

    obrade je mogućnost dinamičkog podešavanja. Npr. ukoliko algoritam upravljačkog računala

    prepozna da neko gibanje alata tijekom obrade može dovesti do loma alata (npr. duboko

    poniranje u materijal) na zaslonu se operateru ispisuje upozorenje kako bi mogao bez prekida

    rada izmjeniti neki od parametara obrade.

    Slika 18: Gruba obrada propelera [7]

    Završna obrada lopatica propelera – Slika 19. Kritični zahtjevi kod završne obrade

    lopatica su precizno i glatko pomicanje alata, jer svaka druga kretnja vodi ostavljanju tragova na

    obraĎenoj površini ili njenom oštećenju. Kako bi se postigao ovakav način kretanja alata

    petoosna upravljačka računala pružaju korisniku različite mogućnosti odabira putanja alata.

  • Značajke petoosnih obrada Najčešći primjeri primjene petoosne obrade

    25

    Slika 19: Završna obrada lopatica propelera [7]

    3.5. Petoosna obrada turbinskih lopatica

    Gruba obrada turbinskih lopatica – je klasičan zadatak za petoosne obrade, Slika 20.

    Petoosna obrada u ovom slučaju kombinira upravljanje i programiranje putanja alata sa

    zakrivljenim obradnim površinama. Za samu obradu se koriste velika čeona glodala uz simultano

    petoosno upravljanje. Programiranje pravovaljanih putanja alata je presudno za smanjenje

    vremena izrade. Stoga su postprocesori optimirani kako bi pružili podršku upravljačkim

    računalima u lakom upravljanju putanjama alata.

    Slika 20: Gruba obrada turbinske lopatice [7]

  • Značajke petoosnih obrada Najčešći primjeri primjene petoosne obrade

    26

    Završna obrada turbinskih lopatica – Za završnu obradu turbinskih lopatica postoje dvije

    strategije obrade. Prva strategija obrade, prikazana na Slici 21 je strategija kod koje se završna

    obrada obavlja glodalima sa zaobljenim vrhom (Eng. Ball End Mill) uz zakretanje alata za

    predviĎeni kut, kako bi se izbjegla kolizija i optimirali uvjeti rezanja na površini. U ovoj

    strategiji koristi se spiralna putanja alata kako bi se izbjegli tragovi na površini uzrokovani

    preklapanjem putanje (Eng. stepover).

    Slika 21: Završna obrada turbinskih lopatica korištenjem glodala s zaobljenim vrhom [7]

    Druga strategija obrade prikazana Slikom 22 je višepovršinska završna obrada

    korištenjem glodala s vrhom kojem su zaobljeni rubovi (Eng. Bull Nose End Mill). Korištenjem

    alata većeg promjera, te korištenjem petoosnih upravljačkih računala za detekciju i spriječavanje

    kolizije metodom zakretanja alata, postiže se smanjenje vremena obrade u usporedbi sa

    strategijom korištenja glodala se zaobljenim vrhom. Spiralna putanja alata se može koristiti i u

    ovom slučaju.

  • Značajke petoosnih obrada Najčešći primjeri primjene petoosne obrade

    27

    Slika 22: Završna obrada turbinskih lopatica korištenjem glodala s vrhom zaobljenih

    rubova [7]

    3.6. Suvremeni postupci obrade odvajanjem s primjenom petoosne obrade

    Danas kada se petoosna i višeosna obrada na veliko ustalila u proizvodnji, njena primjena

    kod obrade pojedinih komponenti zahtjeva odreĎene značajke koje su specifične samo za to

    područje primjene. Te specifičnosti su ovisne o čimbenicima kao što su obraĎivani materijal,

    tehnologija obrade, koncepcija strojeva i sl. Tako se neka područja višeosnih obrada mogu

    izdvojiti sama za sebe, a najznačajnija su:

    visokobrzinska obrada (Eng. HSM; High Speed Machining);

    tvrda obrada (Eng. Hard Machining);

    suha obrada (Eng. Dry Machining);

    višeosna obrada primjenom robota;

    mikro obrada.

    Visokobrzinska obrada – Visokobrzinska obrada se zbog svojih karakteristika davno

    izdvojila kao zasebno područje obrade odvajanjem čestica, Slika 23. Tako su se i kod

  • Značajke petoosnih obrada Najčešći primjeri primjene petoosne obrade

    28

    kombiniranja visokobrzinske sa petoosnom obradom pojavile odreĎene specifičnosti. Osnovni

    razlozi uvoĎenja visokobrzinske obrade u petoosnu obradu su potreba za velikom količinom

    odvojenog materijala sa obratka kod odreĎenih obrada, te obrada otvrdnutih materijala. Gotovo

    svi proizvoĎači CAD/CAM sustava danas nude posebne programske module za programiranje

    visokobrzinskih petoosnih obrada. Ona se primjenjuje većinom kod izrade kalupa, alata i

    kompleksnih 3D komponenti.

    Slika 23: Uporaba visokobrzinske obrade za obradu kalupa od otvrdnutog materijala [4]

    Prilikom programiranja visokobrzinske obrade računalni programi aktiviraju algoritme

    koji generiraju glatke putanje alata kako za putanje prilikom zahvata tako i za putanje dostavnog

    kretanja alata. Na taj način se zadržava ravnomjerno kretanje alata, što je prijeko potrebni uvjet

    za održavanje visokih vrijednosti posmaka i eliminacije praznog hoda alata. Osnovni način rada

    ovih algoritama je da se kretanje alata u smjeru Z osi drži na minimalnoj vrijednosti što smanjuje

    prazan hod i vrijeme obrade. Sve putanje alata gdje je to moguće generiraju se u obliku glatkih

    lukova. Kao rezultat visokobrzinskog moda dobivaju se glatke putanje dodatno provjerene i za

  • Značajke petoosnih obrada Najčešći primjeri primjene petoosne obrade

    29

    slučaj kolizije alata i obratka. Time se dobiva i veća kvaliteta obraĎene površine, uz manje

    trošenje alata. Smanjeno trošenje alata je bitno jer izravno utječe na produljenje vijeka trajanja

    alata, a kratki vijek trajanja alata je jedan od važnijih problema kod visokobrzinskih obrada.

    Tvrda obrada – Danas se na odreĎene komponente postavljaju sve veći zahtjevi za

    njihove eksploatacijske karakteristike. Zbog toga je takve komponente prije upotrebe potrebno

    toplinski obraditi, odnosno otvrdnuti. Kako nakon toplinske obrade u većini slučajeva slijedi još i

    završna obrada komponente, to se za završnu obradu postavljaju dodatni zahtjevi kako bi se ona

    mogla djelotvorno provesti, Slika 24.

    Slika 24: Obrada dijelova visoke tvrdoće tokarenjem [1]

    Do nedavno su se završne obrade otvrdnutih materijala vršile isključivo završnim

    brušenjem, meĎutim suvremene tehnologije danas omogućuju završne obrade otvrdnutih

    materijala upotrebom tokarenja, glodanja, bušenja i razvrtavanja. Karakteristična pojava koja se

    javlja prilikom završne obrade otvrdnutih materijala je tzv. bijeli sloj koji nastaje pri površini

    obraĎivane komponente nakon prolaska alata. Bijeli sloj se sastoji od sitnih martezitnih zrnaca

  • Značajke petoosnih obrada Najčešći primjeri primjene petoosne obrade

    30

    visoke tvrdoće, što predstavlja dodatni izazov za tehnologije obrade i rezne materijale, jer

    zaostali bijeli sloj u materijalu komponente može prouzročiti negativne posljedice tijekom

    eksploatacije. Materijal reznog dijela alata za tvrde obrade je gotovo isključivo kubični borov

    nitrid ili CBN (Eng. Cubic Boron Nitride), čija je tvrdoća odmah do dijamanta. Za sada je to

    jedini materijal sposoban izvršavati tvrde obrade materijala na bazi željeza. Dijamantni alati se

    koriste za tvrde obrade i obrade teško obradivih materijala koji nisu na bazi željeza, ali se ne

    mogu koristiti za tvrdu obradu čelika jer nisu dovoljno postojani na visokim temperaturama koje

    se prilikom takvih obrada razvijaju. Dodatna specifičnost postavlja se na geometriju alata za

    tvrdu obradu, koja mora biti takva da u za