Témata
Reklama

Vliv odměřování na přesnost obráběcích strojů

18. 11. 2009

Produktivita a přesnost představují rozdílné aspekty v konkurenci dodavatelů obráběcích strojů. Vstupní podmínky ve výrobě se neustále mění. Je požadováno hospodárné zvládnutí výroby ve stále menších dávkách a se stoupajícími nároky na přesnost. Přitom se vyžaduje nejvyšší řezný výkon při hrubování a následně vysoká přesnost obrábění načisto. Při frézování drahých forem se vyžaduje rychlé odebrání objemu materiálu při hrubování a vysoká jakost povrchu jako výsledek dokončovacích operací. Současně jsou nezbytné vysoké posuvy s cílem dosažení krátkého času obrábění při jemném krokování souběžných trajektorií nástroje.

Vzhledem k významným změnám provozních podmínek při obrábění roste význam teplotní přesnosti, resp. stability obráběcích strojů. Na oteplení kuličkového šroubu lineárních pohonů má velký vliv zrychlení a velikost posuvu. Avšak při výrobě v malých dávkách a často se měnících technologiích lze těžko dosáhnout teplotně stabilního stavu. Přesnost prvního kusu současně získává velký význam pro hospodárnost výroby. Stálé střídání operací vrtání, hrubování a obrábění načisto způsobují výkyvy teplotního stavu obráběcího stroje. Během hrubování stoupá výkon frézování na hodnotu kolem 80 %, zatímco při obrábění načisto klesá pod 10 %. Klíčovou roli pro stabilizaci teplotních poměrů na stroji představuje podchycení polohy v pohonech posuvů.

Reklama
Reklama
Reklama
Poměry oteplení kuličkového šroubu při obrábění posuvem 10 m.min-1

Teplotní stabilita obráběcích strojů

Pro zabránění vzniku teplotních odchylek jsou využívána různá konstrukční řešení jako aktivní chlazení, symetrická výstavba stroje a měření teplot. Podstatným zdrojem nárůstu délky vlivem oteplení v lineárních osách je kuličkový šroub. V závislosti na rychlosti posuvu a řezných silách se mohou tyto přírůstky délky rychle měnit. Změna délky na obráběcím stroji (typicky 100 µm.m-1 v průběhu 20 min) může vést k markantním chybám rozměru obrobku.

Lineární snímač polohy

Podchycení polohy v pohonech posuvů

Údaj polohy NC osy je možné snímat z úhlové polohy kuličkového šroubu ve spojení s rotačním snímačem nebo z přímého odměřování lineárním snímačem polohy (pravítky). Pokud je poloha pohonu snímána rotačním snímačem, pak má kuličkový šroub dvojí funkci: jako součást pohonu musí přenášet vysoké síly, ale současně je od něj očekávána přesnost a konstantní stoupání při odměřování polohy. Polohová smyčka však vyhodnocuje pouze údaje rotačního snímače. Vzhledem k tomu, že opotřebení šroubu a plovoucí lokální změny teplot mechaniky pohonů nelze kompenzovat, hovoříme v tomto případě o tzv. semiclosed loop, tedy nepřímé polohové vazbě. Chyba polohování pohonů není opakovatelná a může podstatně ovlivnit kvalitu obrobků.

Je-li poloha snímána přímým odměřováním pohybu saní, tedy lineárním snímačem polohy, vyloučí polohová vazba vliv mechaniky posuvu. V tomto případě hovoříme o přímé polohové vazbě. Vůle a nepřesnosti v přenosové kinematické soustavě nemají vliv na přesnost záznamu polohy. Přesnost měření závisí prakticky na přesnosti a umístění snímače polohy na stroji.

Tato základní úvaha pro lineární osy platí samozřejmě i pro odměřování polohy otočných stolů. Také zde je možné snímat polohu z motoru na konci kinematického řetězce nebo přímo v ose stolu z přesného úhlového snímače polohy s vysokou reprodukovatelností.

Vliv přesnosti pohonů na obrobek

Ve strojírenství zcela jednoznačně vyvstává potřeba výroby v malých dávkách. Pro výrobce dílců tak představuje přesnost prvního kusu v sérii významný ekonomický faktor. Obráběcí stroje určené pro přesnou výrobu v malých dávkách stojí před velkou výzvou. Typickou hodnotou posuvu při hrubování jsou 3-4 m.min-1 a při obrábění načisto 0,5 až 1 m.min-1. Rychloposuvy při výměně nástrojů dosahují hodnot až o řád vyšších. V operacích, jako je vrtání a vystružování, jsou střední hodnoty posuvů ve vztahu k oteplení kuličkového šroubu nepatrné. V jednotlivých operacích obrábění se potom mění teplotní poměry po délce šroubu v závislosti na různých hodnotách posuvu. Proměnný stav zátěže při náhonu kuličkovým šroubem může vést při kompletním obrábění spolu s nepřímou polohovou vazbou k napjatosti, která se projeví jako nespojitosti prvního druhu na povrchu dílce. Pro přesné obrobení dílců v malé sérii je tedy přímá polohová vazba s lineárními snímači nezbytným předpokladem.

Příklad obrábění dílů pro letecký průmysl

Díly z lehkých materiálů pro letecký průmysl (např. z titanu) jsou většinou vyráběny z přířezů, které jsou materiálově značně náročné. V typických případech představuje odběr třísek i přes 90 % objemu polotovaru. Výroba takových součástí využívá velmi výkonná HSC obráběcí centra s vysokými posuvy a vysokou řeznou rychlostí. Řezný proces využívá vysoké řezné parametry, v jejichž důsledku se vyvíjí v kuličkovém šroubu třecí teplo. Ztráty způsobené třením a teplotní roztažnost se v průběhu obrábění mění v závislosti na změnách řezných podmínek při hrubování a dokončování. V sériové výrobě s velmi krátkými časy obrábění stoupá teplota šroubů s počtem kusů v dávce. V případě nepřímé polohové vazby (bez lineárního snímače polohy) se jednotlivé dílce liší rozměrově jeden od druhého. V důsledku teplotní roztažnosti kinematického řetězce stroje pak v takových případech většinou nejsou dosaženy předepsané tolerance. Při použití přímého lineárního snímače polohy pro odměřování délky se tyto odchylky nevyskytují.

Posouzení vlivu vazby na přesnost dílce

Obrobek na obrázcích představuje dvouramennou páku pro letecký průmysl s tolerancí středů vrtaných otvorů ve třídě IT7. Pro posouzení přesnosti nepřímé polohové vazby byly díry obráběny nadvakrát na témže dílci. Druhá část dílu byla obráběna v posunutí o 10 mm směrem dolů. Celkově se jedná o 20 cyklů obrábění na stejném dílci. Při obrábění s nepřímou polohovou vazbou se navzájem odchylují kontury obou dílců, což je patrné na vystupující hraně po obvodu dílce. Působení teplotní roztažnosti kuličkového šroubu je na dílci patrné tím zřetelněji, čím více se pohony vzdalují od ložisek šroubu.

Letecký díl po obrobení na stroji s nepřímou polohovou vazbou.
Detail dílu.
Tentýž díl po obrobení na stroji s přímou polohovou vazbou.
Detail dílu.

Zachovaný rozměr 350 mm ve třídě přesnosti IT 7 odpovídá odchylce ±28 µm. Toho nelze dosáhnout s nepřímou polohovou vazbou, kde naměřená odchylka představuje 44 µm. Naopak při použití lineárních snímačů polohy - tedy přímé zpětné vazby - není obvodová hrana patrná. Zbývající odchylka 10 µm je připisována teplotní roztažnosti lože nebo stojanu stroje. Rozteč děr může dosáhnout zatřídění do IT 5. Za těchto okolností může být zaručena opakovaná přesnost při obrábění druhého dílce dávky.

Shrnutí

Úspěšné obrábění vyžaduje teplotně stabilizovaný obráběcí stroj, nejen po stránce vlastní konstrukce, ale i teploty dílny, ve které je nasazen. Proměnlivé zatížení by nemělo mít významný vliv na přesnost stroje. Posuvové osy musí držet přesnost v celém rozsahu zdvihu i při velkých změnách posuvů a řezných sil. Rušivý vliv má rychlostní a silové oteplení kuličkového šroubu, kde může po 20 minutách obrábění vzniknout polohová odchylka až 100 µm při použití rotačního snímače pro měření polohy nástroje, vestavěného v motoru pohonu. Odstranění těchto jevů je vázáno na použití přímého odměřování polohy nástroje lineárními snímači polohy.

-jš-

Heidenhain

www.heidenhain.cz

stedry@heidenhain.cz

Reklama
Vydání #11
Kód článku: 91139
Datum: 18. 11. 2009
Rubrika: Trendy / Pohony
Autor:
Firmy
Související články
Místo převodovky řemenové pohony

Synchronní řemeny se v mnoha průmyslových odvětvích prosazují jako nejlepší volba.

Lineární vedení NSK s vylepšeným těsněním

Společnost NSK představila na veletrhu EMO 2019 optimalizovanou řadu válečkového vedení RA s vylepšeným těsněním. Lineární vedení RA jsou vybavena novými těsněními V1 a vylepšeným krytem, které pomáhají prodloužit životnost a spolehlivost obráběcích strojů.

Nová koncepce dvoupotrubních centrálních mazacích systémů

Oproti jiným typům ztrátových centrálních mazacích systémů, dále jen CMS, mají dvoupotrubní mazací systémy zásadní přednost v tom, že dávkovače jsou plněny novým mazivem přetlakově. To je předpoklad pro spolehlivé mazání strojů a strojních zařízení.

Související články
Ready made lineární osy s ozubeným řemenem

Pomocí lineární osy je realizován pohyb v přímém směru a jedná se tak o výborný výchozí konstrukční prvek pro stavbu strojů, automatizačních linek a polohovacích zařízení s potřebou přesného lineárního pohybu ve více osách (typicky například CNC stroje). V posledních letech došlo navíc k výraznému snížení cen a lineární osy se tak stávají dostupné i pro dosud zapovězené oblasti. V neposlední řadě je podstatnou výhodou u tzv. ready made produktů dodávka již smontovaného dílu připraveného k okamžitému použití v zákaznické aplikaci.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Řemenové převody přinášejí dynamiku do intralogistiky

Na hannoverském veletrhu se mohli návštěvníci seznámit s inovativními řešeními pro skladovou logistiku, jež vyvinula společnost Continental. Jedná se například o ozubené řemeny Conti Synchrodrive, které nacházejí uplatnění u sloupových zakladačů vysokoregálových skladů, ploché pásy Conti Polyflat pro zdvihací a závěsné systémy či drážkové řemeny Conti Multirib, které se používají v pohonu válečkových tratí.

Kompaktní pohony s dutou hřídelí

Kompaktní, robustní, cenově výhodné… Jsou-li stanoveny požadavky na stroje, musí zareagovat i poskytovatelé řídicí a pohonné techniky. Jejich inovace jsou důležité pro vývoj konstrukcí strojů.

Vývoj úzkorozchodného tramvajového podvozku v laboratořích RTI

Výzkum a vývoj pohonu dvojkolí úzkorozchodného tramvajového podvozku probíhá v rámci kooperace zkušebny komponent dopravních prostředků, zkušebny provozní pevnosti a únavové životnosti, laboratoře pro virtuální prototyping a laboratoře strojírenských experimentálních metod, které jsou součástí Regionálního technologického institutu (RTI) – strojírenského a technologického výzkumného centra ZČU v Plzni, Fakulty strojní.

Inteligentní motor střižený na míru

Mechatronická pohonná jednotka g350 představuje nový kompaktní mechatronický pohonný balíček, který firma Lenze uvádí na trh ve třech výkonnostních provedeních. Zařízení je koncipováno speciálně pro horizontální přepravní techniku.

Bezúdržbové klínové řemeny

U klínových řemenů uživatelé oceňují tichý chod, jednoduchou instalaci a funkci bezpečnostní spojky při přetížení, kterou klínové řemeny plní díky možnosti krátkodobého prokluzu. Nicméně klínové řemeny vyžadují ne vždy levnou a snadnou údržbu. Obzvláště v nepřetržitých provozech či těžko dostupných pohonech se obecné doporučení kontrolovat a dopínat klínové řemeny každých 2 000 provozních hodin obtížně splňuje. Výsledkem bývají ztráty účinnosti, energie a krátká životnost pohonu. Klínové řemeny, jak je známo, bez dopnutí prokluzují. Co ale bývá zanedbáváno, je vliv zvýšených vibrací při nízkém napnutí klínových řemenů. Tyto vibrace mají velmi negativní vliv na životnost ložisek a jiných součástí zařízení. Zde se zaměříme na správnou údržbu a na novinku na trhu – bezúdržbové klínové řemeny.

Výpočet zbývající doby běhu valivých ložisek

Na veletrhu Hannover Messe 2016 představila společnost Schaeffler novou digitální službu – výpočet nominální zbývající doby běhu valivých ložisek v provozu na základě reálného souboru zatížení.

Univerzální kyvný pohon

Modulární, odolný, univerzální – to jsou hlavní vlastnosti nového čtvrtotáčkového pohonu DFPD společnosti Festo. Tento pohon s ozubeným hřebenem a pastorkem je určen pro splnění nejrůznějších požadavků ve zpracovatelském průmyslu.

Certifikace testovacího postupu pro výpočty životnosti valivých ložisek

Certifikátor Germanischer Lloyd (GL) udělil společnosti Schaeffler osvědčení „Assessment of the method to investigate rolling bearing rating life“ (Posouzení metody zjišťování jmenovité životnosti valivých ložisek). Poprvé tak byl certifikován samotný postup, a ne každý jednotlivý faktor ovlivňující životnost, jak bylo dosud vyžadováno.

Ložiska pro lineární pohyb

Během posledních let se neustále zvyšují nároky na moderní lineární technologii, zejména pokud jde o únosnost, tuhost a životnost. Souběžně však rostou rovněž požadavky uživatelů na jednoduchost montáže a snižování nákladů na údržbu. Aby firma SKF dokázala uspokojit všechny tyto požadavky zákazníků, přichází na trh s novou řadou D lineárních kuličkových ložisek LBC.

Syntetická maziva šetří energii i přírodní zdroje

Ochrana životního prostředí stejně jako co nejvyšší energetická účinnost jsou již delší čas velmi důležitými pojmy v rámci řízení a údržby každého podniku. Výrobci hledají různé způsoby pro snížení spotřeby surovin a energie, aby zlepšili bilanci oxidu uhličitého. A díky neustálému zvyšování nákladů na energie se tedy pro mnoho firem stávají možnosti jejich úspor stále atraktivnější.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit