Универзитет „Св. Кирил и Методиј“ – Скопје

Машински факултет

Семинарска работа на тема:

Нумерички управувани машини кај неконвенционалните методи на обработка

Предмет: Нумеричко управувани машини

Изработиле: Ема Василеска А2064 Игор Диманин А2067Тамара Насковска А2056

насока: мехатроникамарт 2015

1

Професор:

проф. д-р Зоран Пандилов

Содржина:

1. Вовед ……………………………………………………………………………………………………………………. 32. Поделба на нумерички управувани машини кај неконвенционалните методи на

обработка……………………………………………………………………………………………………………… 53. Нумерички управувани машини за обработка со чист воден и абразивен воден

млаз ……………………………………………………………………………………………………………………… 64. Нумерички управувани машини за обработка со ласер .…………………………………… 9

4.1. Видови на ласери ……………………………………………………………………………………….. 104.2. Ласерски микромлаз на вода …………………………………………………………………….. 11

5. Нумерички управувани машини за обработка со ултразвук ……………………………. 126. Нумерички управувани машини за обработка со плазма ………………………………… 14

6.1. Плазматрон ………………………………………………………………………………………………….. 167. Нумерички управувани машини за обработка со електроерозија ………… 19

7.1. Поделба на машини за обработка со електроерозија …………………….. 218. Користена литература …………………………………………………………………………………….. 25

2

1. Вовед

Поради големото влијание на човечкиот фактор во конвенционалните методи на обработка, често доаѓа до грешки и шкартови. За таа цел, за да се намали човечкото влијание во производството, како прв чекор претставува НЦ технологијата (нумеричко управувана технологија, од NC - Numerical Control). Ваквиот тип на машини извршуваат наредби врз основа на НЦ код.Следно ниво на автоматизација е ЦНЦ технологијата (CNC – Computer Numerical Control). Во оваа технологија за прв пат се воведува информациона технологија, односно примена на компјутер во производството. Со помош на соодветен софтвер, се дефинира ЦНЦ кодот, кој компјутерот го препознава и ги извршува наредбите според претходно дефинираниот код. Оваа технологија обезбедува минимално влијание на човечки фактор, а автоматизацијата ја доведува на највисоко можно ниво.

Сл. CNC Машина

Под неконвенционални методи на обработка се подразбираат такви методи на обликување на материјалите кои се употребуваат во случаи кога не е рентабилна примената на класичните постапки на обработка, односно кога обработката со класични постапки воопшто не е можно да се изведе.

3

Неконвенционален метод на обработка значи обработка на дел на начин сосема различен во однос на конвенционалните методи на обработка. Ова се должи на фактот што конвенционалните методи не може да ги задоволат сите барања на современата технологија при обработката на различни материјали, па со текот на времето, се повеќе се шири примената на неконвенционалните методи на обработка. Друга причина е и фактот дека неконвенционалните методи на обработка имаат се поголема примена врз тешко обработливите материјали, каде овозможуваат изработка на одделни форми кои тешко се изработуваат со конвенционалните методи или воопшто не може да се изработат. Значи, неконвенционалните методи наоѓаат примени и при изработка на делови со површини со сложена форма, кои се изработуваат и од лесно изработливи материјали, при што механичките својства на материјалот (тврдост, јакост, кртост и сл.) не влијаат врз обработливоста.

Сл. Пример за неконвекционален метод на обработка (Plasma)

4

2. Поделба на нумерички управувани машини кај неконвенционалните методи на обработка

Развиени се низа методи на обработка на металите со симнување на материјал од обработуваното парче, при што неконвенционалните методи за обработка се одликуваат со голема разновидност, како по енергијата што ја користат, така и по механизмите на симнувањето на материјалот од обработуваното парче.

Во поглед на енергијата, при ваквите методи, ефектот на одвојување на материјалот се постигнува со доведување на определен вид на енергија директно во зоната на обработка. Повеќето се базираат врз директно користење на електричната енергија, или пак електричната енергија претходно се претвора во друг вид на енергија (топлинска, светлосна, механичка).

Така, според видот на енергија која ја користат, овие методите се делат на: механички методи

o воздушен абразивен млазo воден абразивен млазo чист воден млазo магнетно абразивна обработкаo ултразвук

термо-електрични методиo електроерозијаo електронски млазo ласерo јонски млазo плазма

електрохемиски методиo електрохемиска обработка

5

3. Нумерички управувани машини за обработка со чист воден и абразивен воден млаз

Oбработката со воден млаз е уште наречена хидродинамичка машинска обработка. Силата на водата се користи за сечење и чистење на материјалите. За да се обезбеди сила на водата која ќе сече материјали, потребен е многу висок притисок (400 – 1400 МPa). Со овој тип на обработка може да се сечат најразлични материјали како: гума, пластика, дрво, композитни материјали, изолациски материјали и сл.

Многу слична обработка на оваа е и обработката со абразивен воден млаз, каде единствена разлика е тоа што во водата се додава абразив, односно абразивни зрна (силициум карбид, алуминиум оксид) со што се подобрува отстранувањето на материјалот при обработка. Со тоа и единствената разлика е конструкцијата на машината за овој тип на обработка, каде системот за дотур на абразив, при обработката со чист воден млаз отсуствува од целиот системот.

Сл. Разликата помеѓу конструкцијата на машината за обработка со чист воден млаз и со абразивен воден млаз – систем за дотур на абразив

6

Кај овие машини најоптоварена е млазницата поради присуството на абразивни зрна и поради големиот притисок. Затоа таа се изработува од рубини или композитни материјали врз база на карбиди.

Опремата за овој метод е релативно скапа, поради мултипликаторите за висок притисок на течноста (до 5000 bar-и). Опремата е механизирана од прости и современи средства, кои се одликуваат со голема универзалност. Кинематиката на движење на работните органи, во поголем случај е проста, а алатот има поголем број степени на слобода.

Сл. Алат за обработка со помош на воден млаз

7

Сл. Дијаграм на сечач со помош на абразивен воден млаз- #1: Влез на вода под висок притисок. #2: Скапоцен камен (рубин или дијамант). #3: Абразив. #4: Комора за мешање. #5: Заштитен оклоп. #6: Воден млаз за сечење. #7: Материјал за обработка.

Големината на инсталацијата главно зависи од предвидените димензии на обработуваните парчиња, односно димензиите на суровите парчиња и материјали (лимови, плочи). Во зависнот од типот на машината (работниот притисок и намената) силината може да достигне и до 30 kW. Опремата иако користи прости помагала, зафаќа голем простор. Околината и работното место не ги загадува (освен со отпрскувања на вода), но при работа се создава бука. Инсталацијата, обично, се поставува во одделна просторија снабдена со инсталација за довод и одвод на вода. За да може со оваа постапка да се обработуваат и сложени површини во простор, покрај основната инсталација, често се користи и робот на кој се поставува млазница. На тој начин се овозможува движење на млазницата во простор, при што може да се врши просекување на сложени површини во простор.

Сл. CNC машина која користи воден млаз за обработка на парче

8

4. Нумерички управувани машини за обработка со ласер

Обработката со ласерски зрак, базира на примената на висококонцентрирана светлинска енергија во форма на фотонски (ласерски) млаз, кој во судир со обработуваниот предмет предизвикува негово локално топење или испарување. Ласерот претставува оптички квантен генератор со кој може да се добие многу висока густина на светлинска енергија, каква што не е постигната на друг начин. Поради тоа, ласерскиот млаз може да се користи како термички алат со кој може да се режи, дупчи, заварува или да се врши површинско загревање на досега сите познати материјали. Наоѓа примена најчесто во електрониката и часовничарството за изработка на микро отвори.

При ЦНЦ машините за обработка со ласер, квалитетот и точноста на резот, во најголем степен зависат од брзината на режењето, силината на ласерскиот млаз, видот на гасот и неговиот притисок, пречникот и положба на млазникот за гас во однос на обработуваната површина, точноста на поместувањето на координатната маса на машината и квалитетот на управувачката единица.

Сл. CNC машина која користи ласер за обработка на парче

9

Најдобри резултати се постигнува кога растојанието од ласерската глава и површината се одржува константно. Ласерската глава на оваа машина е лесна исто така за ракување, односно се овозможува замена на ласерската глава за неколку секунди.

Сл. Алат за обработка со помош на ласер

4.1 Видови на ласери

За режење со ласер се користат 3 видови на ласери. CO2 ласерот е погоден за режење, брусење и гравирање. Nd и Nd:YAG се слични ласери кои се разликуваат во примената. Nd ласерот се користи за брусење, каде што е потребна голема сила, но со мали повторувања. Nd:YAG ласерот се користи таму каде што е потребна голема сила со голем број на повторувања за брусење и гравирање. Сите овие ласери можат да се користат и кај заварувањето.

CO2 ласерите обично за ласерска пумпа користат премин од електрична струја низ мешавина од плин (еднонасочна струја) или користат радио фрекфентна енергија, која

10

што е нова метода. Иницирањето со еднонасочна струја бара електродите да се наоѓаат во рамките на оптичката празнина во спротивно може да дојде до трошење на електродите и сознадање на материјал од електродите на стакло и на огледални површини. Поради таа причина е започнато со користење на радои фрекфенција за да се избегнат тие проблеми.

CO2 ласерите се користат во индустријата за сечење на многу материјали: меки челици, нерѓосувачки челици, алуминиум, титаниум, хартија, восок, дрво и ткаенина. YAG ласерите се користат првенствено за сечење и обележување на метал и керамика.

Освен изворот на енергијата во карактеристиките на работата можат да влијаат начинот на мешање и протокот на гасот во рамките на оптичката празнина. Кај брзиот аксијален проток мешавината на јаглерод диоксит, хелиумот и азотот се движат со висока брзина управувана од турбина или вентилатор. Кај попречниот проток мешавината на гасот се меша со помали брзини и затоа е потребен помал вентилатор. Во поновите технологии има дифузно ладење со статичко поле од надвор, а со тоа се заштедува на одржување на уредот и замена на резервни делови.

За создавање на ласерскиот зрак и надворешните оптики потребно е ладење. Во зависност од големината и распоредот, голема количина на топлина треба да се одземе со разладно сретство. Најдобро решение е вода во затворен систем за ладење.

4.2 Ласерски микромлаз на вода

Ласерски микромлаз на вода е вид на ласер кај кој што импулсниот ласерски зрак делува заедно со млаз вода под низок притисок. Предноста е во тоа што млазот вода ги отстранува остатоците од сечење, има голема брзина на сечење на плочи, паралелен рез и можност за сечење во повеќе насоки.

5. Нумерички управувани машини за обработка со ултразвук

11

Ултразвучните вибрации претставуваат еластични бранови кои со определена брзина се простираат во било која материјална средина (течна, гасна и тврда).

Шема на инсталацијата е дадена на сликата и таа се состои од :

Извор на електрична струја, генератор на ултразвучни бранови, магнетнострикциско јадро кое електричните бранови ги претвара во механички, концентратор кој ги засилува ултразвучните бранови, носач на алат, алат, работен предмет и пумпа на суспензијата.

Сите машини за ултразвучна обработка се делат на две групи:

малогабаритни преносни машини со моќност од 30 до 50 W кои се употребуваат за изработка на мали отвори и за ултразвучно гравирање и маркирање

стационарни машини со моќност од 4 kW со универзална и специјална намена

12

Основен елемент на овие машини е акустичната глава кај која наместо јадро може да се употребува пиезоелектричен претворач.

Алатите за ултразвучна обработка се изработуваат од нискојаглероден не’рѓосувачки челик.

Сл. Физички изглед на нумерички управувана машина за обработка со помош на ултразвук

13

6. Нумерички управувани машини за обработка со плазма

Во постапката на обработка со плазма, терминот плазма се дефинира како состојба на гасот загреан на висока температура кој е делумно или целосно јонизиран.

ЦНЦ машината за сечење со плазма е машина која работи во 2D координатен систем. Со оваа машина може да се обработува како обоени метали, така и разни видови на челици, лимови со висока прецизност, брзина и со минимална количина на отпад (шкарт). Обработката со плазма е доста застапен метод на обработка во речиси сите процеси на производство каде е потребна висока прецизност и точност.

Машината за обработка со плазма се одликува со прецизна работа и со минимално топлотно влијание на материјалот кој се обработува. Со користењето на ваква машина, се постигнува заштеда во процесот на производство, во поглед на квалитетот од обработката на обработуваното парче, кое понатаму е спремно за следниот процес, како и во намалувањето на шкарт. Ова се должи на фактот дека ЦНЦ машините за обработка се потполно автоматизирани и водени од страна на управувачка единица (компјутер) така да, веројатноста за евентуална човекова грешка е далеку сведена на минимум, а со тоа и шкартот.

Сл. Физички изглед на нумерички управувана машина за обработка со помош на плазма

Употребата на ЦНЦ машините за обработка со плазма, постигнуваат технолошко најекономични процеси на обработка на метал во однос на брзина, точност и намалување

14

на трошоците. Благодарение на софистицираниот софтвер во контролната единица, ракувањето со машината е многу едноставно, а кодот може да биде увезен од било кој стандард CAD софтвер.

Во зависност од технолошките операции кој треба да се извршат на ЦНЦ машина за обработка со плазма, самата машина треба да обезбеди плазмен млаз кој ќе ги задоволи бараните услови и карактеристики.

Силината, габаритните димензии, коефициентот на корисно дејство и други карактеристики, можат да бидат различни, меѓутоа секоја инсталација за обработка со плазма се состои од следната опрема и уреди: плазматрон, извор за напојување на инсталацијата со електрична енергија, систем за регулирање, контрола и управување на работата на системот, систем за дотур на гас во плазматронот и систем за ладење на плазматронот, уреди за прицврстување на работнот парче, уреди за периодично поместување на обработуваното парче во однос на плазматронот и др.

15

Постојат и такви типови на машини кои користат уред кој обезбедува движење по z-оска, односно обезбедува автоматско калибрирање на висината при обработка, со што се елиминира проблемот од нерамнини.

Како извор на електрична енергија при инсталациите со плазма за технолошки цели најчеста примена имаат изворите за напојување со истонасочна струја. Развиени се спрецијални уреди за напојување со голема силина, снабдени со различни видови испарувачи и регулатори, за да се обезбеди стабилен ток на електричниот лак.

6.1. Плазматрон

Формирањето на млаз од плазма се врши во таканаречен плазматрон, кој всушност претставува посебен тип горилник во кој меѓу катодата и анодата се создава перманентен електричен лак. Во плазматронот се впушта компримиран гас, кој тече низ плазматронот и се судира со електричниот лак, при што при судирот на молекулите на гасот со електроните од електричниот лак доаѓа до нивно силно загревање и јонизација. Во овој случај се формира млаз на плазма која во судир со обработуваниот предмет, истиот локално го загрева, топи и испарува. Во зависност од технлошката операција за формирање на плазма се користат различни гасови како: аргон, хелиум, азот, водород, кислород, воздух.

16

Плазматронот е всушност најважниот елемент во машината и од неговата контрукција зависат и технолошките карактеристики на обработката. До денес развиен е голем број на различни конструкции на плазматрони кои можат да се поделат во повеќе групи, според различни критериуми:

според намената: машински и рачни според принципот на работа: со лак на плазма и со плазмена струја според изворот на електрична енергија: истонасочна, наизменична и пулзирачка

струја според системот за ладење: воздушно и водено ладење спред начинот на заштита на зоната на обработка: со воздушна завеса и водена

завеса според начинот на стабилизација на електричниот лак: коаксијанла струја на гас, со

тангенцијална струја на гас и комбинирани

Сл. Алат за обработка со помош на плазма

17

Напојувањето со гас за плазма, на плазматронот обично се врши од челични боци со компримиран гас, снабдени со регулатори на притисок. Работниот притисок на гасот што се доведува во плазматронот обично не е повисок од 6-8 бари.

Покрај гасовите за формирање плазма, може да се користат и гасови за заштита на зоната на режењето при што се користат аргон, хелиум, водород, и гасови за ладење на плазматронот (воздух, азот, јаглен диоксид), но исто така и вода. Кога се користи водата за ладење или заштита, се користи водоводна инсталација, но ако притисокот на водата не е доволен, се користат дополнителни пумпи.

Сл. Физички изглед на нумерички управувана машина за обработка со помош на плазма

18

7. Нумерички управувани машини за обработка со електроерозија

Обработката со ерозија денес спаѓа во редот на најзастапените методи на обработка меѓу сите неконвенционлни типови на обработка. Суштината на обработката со електроерозија се состои во симнување на метални честички од обработената површина со помош на серија електрични празнења.

Материјал се отстранува од работното парче со серија на брзо повторувачки електрични празнења помеѓу две електроди, одделени со диелектрична течност и подложени на електричен напон. Една од електродите се нарекува алатка - електрода, или едноставно "алатка", додека другиот се нарекува електрода - работно парче, или "работно парче".

19

Првата инсталација на машина за обработка со електроерозија е создадена 1943 година, прикажана на сликата, каде што обработуваното парче и алатот се поврзани во едно пулсирачко електрично коло од истонасочна струја и меѓу себе одделени со определен зјај исполнет со диелектрична течност.

Генерално, инсталациите за електроерозивна обработка по својата конфигурација може да содржат различни агрегати, а во зависност од намената на инсталацијата имаат различно ниво на автоматизација. Различните агрегати може да бидат во склопот на самата машина или одделно поставени. Во практика, најчесто надвор од машината се наоѓаат генераторот на импулси, НЦ управувачката единица и системот за циркулација и прочистување на дијалектрикумот, како што е прикажано на сликата.

Генераторот на импулси речиси секогаш се наоѓа одделен од машината (сместен во одделен шкаф) и кабловски е поврзан со машината. Постојат инсталации и со повеќе генератори на импулси.

Системот за циркулација и прочистување на дијалектрикумот при големи инсталации секогаш е одделен од машината и со цевки е поврзан до работниот простор на

машината. При помалите машини може да биде сместен и во основата на машината, но сепак претставува одделен агрегат.

Системот за NC – управувањето (управувачката единица) најчесто е поставен во одделен шкаф. Меѓутоа при помали димензии, може да биде прицврстена и на самата машина.

20

Извршните органи и сензорите за добивање на информации, вградени се во органите на машината и претставуват нејзин составен дел. Како одделен специфичен орган на инсталацијата за електроерозивна обработка се смета и регулаторот за автоматски помест т.е. регулаторот со кој се одржува зададениот работен зјај меѓу електродата-алат и обработуваното парче во процесот на обработка. Овој орган е вграден во самата машина, но управувачките сигнали може да ги добива од генераторот на импулси, од NC управувањето или некој орган за адаптивно управување.

7.1. Поделба на машини за обработка со електроерозија

Инсталациите за електроерозивна обработка може да се поделат според различни критериуми:

според намената: o универзални инсталацииo специјални инсталации

според видот на електродата-алат што ја користат:o инсталации со профилна електродаo инсталации со жичена електрода

според точноста што се постигнува:o инсталации со нормална точност

21

o инсталации со зголемена точност според инсталираната сила според видот на генератори на импулси според системот за управување според габаритните димензии на машината

За обработка на сложени површини со помош на повеќе релативно прости електроди, создадени се ЦНЦ машини со уреди за автоматска измена на електродите, со што овие машини стануваат обработувачки центри за електроерозија со што се проширува нивната универзалност и им дава предност да се вклучат во флексибилно производство. Ова се должи на фактот што, ваквите машини се снабдени со магацин за електроди, што овозможува обработка без присуство на човекот како и суштински придонесува за намалување на цената на електродите-алат, бидејќи една голема и сложена електрода, може да се замени со повеќе прости и лесни електроди. Покрај тоа се упростува и интензивира процесот на плакнење на работниот простор. Се разбира за да може електродите да се постават во магацинот и да се врши нивна автоматска измена, тие треба да се сместат во посебни кодирани држачи. Постојат и машини со револверски глави, со можност за поставување 6 до 8 електроди и машини со каруселни магацин со можност за поставување на 32 електроди.

До денес создадени се низа електроерозивни машини кои работат на принципот на автоматски циклус. При ова имаме автоматизација на движењата на извршните органи и автоматизација на процесот на обработката т.е. изборот на оптимален режим на обработка и се снабдени со многу дополнителни функции, со цел да се олесни процесот: дисплеј на положбата на електродата, дисплеј на обработениот дел и делот кој треба да се реже, корекција на изабеноста на електродата, превенција за прекин на електродата, покажувач на времето за обработка, времето што останува до завршетокот на обработката, колку жица е потрошено итн.

Како пример на специјална машина од типот со жичена електрода е прикажана машина (Agiecut dem 25) со составни делови: 1- CNC управување, 2-генератор на импулси, 3-командна табла за машината, 4-заштитен работен простор, 5-агрегат за дијалектрикумот, 6-координатна маса, која е управувана со ситем за нумеричко управување, 7-обработувано парче, 8-органи за движење на жицата.

22

Сл. Agiecut dem 25

Системот за нумеричко управување на координатна маса е од типот на CNC кој работи со две затворени кола на информации и тоа: едно, кое што е поврзано со мерните скали (давачите на информации за координатната положба на масата по двете управувани оски) и второ кое што е поврзано со меѓуелектродниот простор од каде се добиваат информации за работниот зјај (преку амплитудата на напонот или струјата). На овој начин се остварува автоматско релативно движење на електродата по обработуваното парче според програмата за дадената контура, а со регулиран помест (брзина на движење) кој обезбедува константен работен зјај меѓу електродата и обработуваното парче т.е. константна широчина на резот при оптимални услови на обработка.

23

Користена литература:

1. Стрезо Траковски, Љубен Дудески – „Неконвенционални методи на обработка 1“

2. Стрезо Траковски, Љубен Дудески – „Неконвенционални методи на обработка 2“

3. www.wikipedia.com

4. JetEdge ENCYCLOPEDIA

5. Петар Бошковски – „Технологија на обработка“

6. www.youtube.com

24