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