MEGMUNKÁLÁSI TECHNOLÓGIÁKpinter/LGB_AJ003_2%20Megmunk%E1l%E1si%20...SZÉCHENYI ISTVÁN EGYETEM GYŐR Forgácsoló szerszámgépek szerkezeti elemei, részegységei A forgácsoló

SZÉCHENYI ISTVÁN EGYETEM

GYŐR

3. előadás

Összeállította: Dr. Pintér József

MEGMUNKÁLÁSI TECHNOLÓGIÁK

AJ005_2

Gépészmérnöki (BSc) szak

Forgácsoló szerszámgépek


GYŐR Forgácsoló szerszámgépek

Kinematikai alapok, mozgások

A forgácsoló szerszámgépek feladata:alkatrészek (munkadarabok) előállítása forgácsoló alakítással.

A megmunkálás során a szerszámgép viszonylagos

(relatív) mozgást hoz létre a szerszám és a munkadarab

között oly módon, hogy a szerszám behatol a munkadarabba.

SZERSZÁM-MUNKADARAB relatív elmozdulása

egyenesvonalú (Transzlációs)

forgó (Rotációs) mozgások

rendszerével



A forgácsoló szerszámgép két egymáshoz képest

elmozdulni képes részegysége a hozzájuk rögzített

szerszámmal és munkadarabbal előírt relatív

mozgást valósít meg.

Ez jelentős erőhatást ébreszt, ami forgács

formájában választja le a munkadarabról a szerszám

él által súrolt felület és a munkadarab felülete közötti

térrészben lévő anyagot (a ráhagyást).





MOZGÁSOK

főmozgás

mellékmozgás

beállító mozgások

A korszerű szerszámanyagok viszonylag nagy

(több száz m /min értékű) forgácsolási sebességet

tesznek lehetővé, ilyen nagyságrendű sebességet

csak forgó mozgással célszerű előállítani.

A nagy sebességű forgó mozgást (a főmozgást) a

szerszámgép főorsója végzi.



Esztergaszerű szerszámgépeknél ezt a főmozgást

a munkadarab, marógépek, fúrógépek, stb.

esetében pedig a szerszám végzi. (A főmozgás lehet

egyenes vonalú is, még műkődnek szép számmal

egyenes vonalú főmozgást végző gyalugépek és

vésőgépek, továbbá igen korszerű üregelő

szerszámgépek is).


GYŐR Forgácsoló szerszámgép mozgásrendszer alaptípusok

A forgácsoló szerszámgépek hajtóművei eleinte un. fokozatos

hajtóművek voltak, amelyek fordulatszámai, illetve előtolásuk

csak meghatározott, diszkrét értékeket vehettek fel.

Így például a fokozatos főhajtóműveknél a v forgácsolási

sebesség optimális értékét csak egy bizonyos hibával

lehetett magvalósítani.

Egyszerűen belátható, hogy ez a hiba, a relatív

sebességveszteség (Δvmax) akkor állandó, ha a

fordulatszámsor mértani sor.

FŐMOZGÁS létesítése Főhajtóműfokozatos hajtóművek diszkrét

fordulatszámok fordulatszámsor mértani sor


GYŐR Szerszámgépek kinematikai felépítése

Szabványosított értékek (MSZ2345)

Ha v mértani sor, akkor Δvmax=állandóSebesség sor

v = d.π.n

.1

1max állv


GYŐR Forgácsoló szerszámgép mozgásrendszer alaptípusok

φ fokozati tényező, mértani sor

sorhányadosa,

Szabványos sor

1,12; 1,25; 1,4; 1,6; 2

Ezekhez:

Δvmax = 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 (azaz 10%; 20%; 30%; 40% és 50%)

relatív sebességveszteség

tartozik!

Fordulatszám szabályozhatóság:

Fokozatnélküli hajtóműveknél:

φ = 1

min

max

n

nSzn

12,1102020 R



Hatfokozatú fogaskerekes hajtómű kinematikai vázlata és fordulatszám ábrája



A hajtóművek fordulatszámainak szemléletes

ábrázolására szolgál a fordulatszámábra. Miután a

fordulatszámsor mértani sor, ezért egy log φ

beosztású skálán a hajtómű "kimeneti"

fordulatszámai, az egyes részhajtóművek közbenső

fordulatszámai, illetve a részhajtóművek

kapcsolódása szemléletes formában ábrázolható

ábra. A 3, illetve 2 fokozatú részhajtóműveket az

ábrán A, illetve B betű jelöli. Az egyes ki fogaskerék

áttételeket a φ fokozati tényező hatványaival is ki

lehet fejezni.



Főhajtómű terhelhetőségi diagramja







A bonyolult térbeli felületek megmunkálása csak úgy

lehetséges, ha egyidejűleg, egymással

összehangoltan több mozgás valósul meg.

Gyakran a szerszámgép vezérlés megnevezésében

is szerepel az egyidőben, összehangoltan működő

vezérelt szabadságfokok, "tengelyek" száma. Így

beszélnek pl. 2, 3, 4 vagy 5D-s vezérlésekről, sőt

létezik 2,5D-s vezérlés is.


GYŐR Szerszámgépek szerkezeti felépítése

Nemzetközi szabványok rögzítik a szerszámgépek

mozgástengelyeinek jelöléseit.

A ábrán látható, hogy az egyenes

vonalú (transzlációs)

mozgásirányok elnevezésére az

X,Y,Z jelölést, a forgó mozgások

elnevezésére pedig az A,B,C jelölést

használják. A Z mozgás iránya és a

C forgó mozgás tengelye minden

esetben a főorsóval egybeesik, vagy

azzal párhuzamos.



Forgácsoló szerszámgépek

mozgástengelyei


GYŐR Forgácsoló szerszámgépek szerkezeti elemei, részegységei

A forgácsoló szerszámgépek, valamint a

szerszámgépek részegységeinek, építőelemeinek

fejlődését

a nagyobb fő- és mellékmozgási sebességek,

a szélesebb alkalmazási kör (pl. a forgácsoló központok),

a nagyobb pontosság és

a nagyobb megbízhatóság iránti igény határozza

meg.

Nagy jelentőséggel bír az un. elektronikus kinematikai

lánc megjelenése, továbbá a közvetlen (direkt) hajtások(a főorsóval egybeépített villamos motor).



A CNC (Computer Numerical Control) általánossá

válása azt (is) jelenti, hogy a szerszámgépet a

gépkezelő csak közvetett formában, a vezérlő

berendezés révén irányítja.

A szerszámgép konstrukciós

felépítésénél nem kell

figyelembe venni az ember

adottságait. az új

szerszámgép struktúrák

nagyszámú variációja.



Gépészeti szempontból a korszerű CNC vezérlésű

szerszámgép egyszerűbb, mint a hagyományos

szerszámgép.

Valamennyi mozgástengely egyedi hajtással

rendelkezik, ezért a kinematika egyszerűbb.

Az egyes funkciók tipizáltak, a szerszámgép építő

egységei többnyire készen vásárolhatók beszállítóktól.

Megállapítható, hogy a szerszámgépgyártás

fokozatosan szerelő iparággá válik.



Szerszámgépágyak, -állványszerkezetek

Az ágy, vagy állványszerkezet a szerszámgép alapja.

Ez hordozza a szerszámgép összes aktív (mozgó)

vagy passzív elemét, az orsókat, a szánokat, az

asztalokat, a szegnyerget, a szerszám és

munkadarabcsere egységeit, sőt még a vezérlést is

erre erősítik fel.

A legtöbb állványszerkezet

hegesztett acélból,

öntöttvasból, vagy

un. kompozit betonból készül.




Az anyagválasztásnál a merevség

csillapítóképesség, rugalmasság ellentmondó

követelmény kielégítése, a hőstabilitás a

legfontosabb szempontok.

Leggyakoribb a hagyományos öntöttvas

állványszerkezet. Igen kedvező a merevség-súly

aránya, valamint a csillapítása. Ugyanakkor

hátránya - különösen a nagy méretű és kis

sorozatban gyártott szerszámgépeknél - a költséges,

öntőmintát igénylő gyártás.




A hegesztett acélból készített állványszerkezet

jórész kiküszöböli az öntés hátrányait. Az acél

rugalmasabb az öntöttvasnál, ezért a hegesztett

állványszerkezeteket bordázattal teszik merevebbé.

A hegesztett állványszerkezeteket

feszültségmentesítő hőkezelésnek vetik alá. A

csillapítási tulajdonság javítása érdekében az

üregeket jó csillapítóképességű anyaggal (pl. beton,

homok, ólom) töltik ki.




Az ágy- és állványszerkezetek építésében új anyag a

kompozit beton. A kompozit beton műgyantába

ágyazott beton, vagy márvány por. A márvány porral

kialakított kompozit beton rendkívül kedvező

csillapítási és hőstabilitási tulajdonsággal bír. A

kompozit beton gyártása egyszerű, nem igényel

feszültségmentesítő hőkezelést.




Gyakran kombinált

állványszerkezeteket

építenek. Egy kombinált

eszterga állványszerkezetet

szemléltet az ábra.

Az alkotó részegységek

eltérő hődeformációs

tulajdonságai jelentik a

legtöbb problémát.




A kompozitok (különböző szénszál erősítésű

polimerek) és a kerámia alkalmazása

forradalmasítja a szerszámgép építést.

A kompozitok előnyei:

egyszerű gyártás,

nagy merevség/súly arány.

A kerámia előnyei:

nagy merevség,

hődeformáció mentesség.

Gyorsabb elterjedés akadálya a magas ár.



Szerszámgépek vezetékei

A szerszámgép ágyakon, állványokon lévő vezetékek

a szerszámgép szánjait, asztalait, hajtóműházait

hordozzák.

Csúszó vezetékek (a legrégebbi és legegyszerűbb

megoldás). Hátrányai: kis merevség,

holtjáték,

kopás,

akadozó csúszás

(stick-slip) veszélye.

Előnyei: egyszerű,

olcsó és

jó csillapító

képességű.




Csúszó vezetékek

Öntöttvasból készített

állványszerkezetnél,

egyszerűbb kivitelű

szerszámgépeknél ez a csúszó

vezeték magából az állvány

anyagából kerül kialakításra.




Csúszó vezetékek

Napjainkban gyakrabban

alkalmazott megoldást

mutat be az ábra, ezen a

szerszámgép állványra

felerősített edzett acél

vezeték található.




Csúszó vezeték lehet:

hidrodinamikus,

hidrosztatikus és

aerosztatikus.

A hidrodinamikus vezeték hátránya az un. akadozó

csúszásra (stick-slip) való hajlam és a nagy kopás (mindkettő

oka a vegyes súrlódási állapot).




A hidrosztatikus vezeték tiszta folyadék súrlódást biztosít,

ezért kicsi a kopás, a vontatási ellenállás és nem kell

számolni az akadozó csúszással sem. Nem elhanyagolható

hátrányai: korlátozott merevségű, drága, igényes

kivitelezésű, költséges az üzemeltetése is. Üzemeltetéséhez

nagy tisztaságú olaj szükséges.

Az aerosztatikus vezeték is "lebegő" vezetést biztosít,

előnyei és hátrányai is hasonlóak, mint a hidrosztatikus

vezetékek előnyei és hátrányai. A levegő

összenyomhatósága miatt azonban kisebb a

terhelhetőségük.




Gördülő vezetékek

A korszerű szerszámgépek döntő többségénél gördülő

vezetékeket alkalmaznak. Számtalan variációban gyártják

ezeket egyenes-, illetve körvezetékként egyaránt.

Előnyeik:

merev,

pontos és

kis ellenállású.

Hátrányuk:

kis csillapítás.




Gördülő vezetékekA korábbi évtizedekben a leggyakrabban un. gördülő

papucsot használtak, amelynek hernyótalpszerűen

körbemozgó golyó- vagy görgősora biztosítja a hézagmentes,

nagy merevségű és kis súrlódású megvezetést. A görgős

papucsok téglalap keresztmetszetű síneket vesznek körül.

Újabban un. integrált lineáris vezetékeket alkalmaznak ábra.

Az integrált lineáris vezetékeknél a profilos sínről nem lehet

levenni a gördülőpapucsot (a kocsit).

Gyártása szerelése egyszerűbb, így olcsóbb is. A vezetéket

gondosan törlik, és ahol csak lehet, összecsúszó

lemezvédelemmel takarják.



Integrált egyenes vezeték

(kocsi illetve léc egysége)

A kenést automatikus

működésű kenőhálózat

végzi. A gördülőbetéteket –

beszereléskor - különleges

zsírral is be lehet kenni,

ami a betét teljes

élettartamára elég.



Integrált egyenes vezeték (kocsi illetve léc egysége)



Mozgató elemek, hajtásrendszer

Az egyes szánokat független hajtórendszer mozgat, amely

szervomotorból és mozgató mechanizmusból áll. Ez a mozgató

mechanizmus a 2-3 méternél kisebb szánmozgásoknál

kizárólag golyósorsó-anya kapcsolat (9. ábra). Az orsó és

az anya közötti kapcsolatot gördülőtestek (legtöbbször golyók)

biztosítják. A gördülő súrlódás jó (90% feletti) hatásfoka, az

előfeszítéssel biztosítható hézagmentesség, valamint a nagy

merevség nagyon pontos mozgatást tesz lehetővé (10.

ábra).





Golyósorsós szánelőtolás




A golyósorsó-anya párt szabályozott egyenáramú

(DC), vagy váltóáramú (AC) hajtómotorral

közvetlenül hajtva, a golyósorsó szögelfordulását

közvetlenül mérve (közvetett útmérés) nagyon

pontos szánmozgást lehet elérni.

A golyósorsón kívül a szánokat mozgathatja még

hidraulikus henger,

fogaskerék-fogasléc kapcsolat, illetve legújabban

lineáris motor.




A hidraulikus hengerrel történő mozgatás a legolcsóbb,

kicsi a helyszükséglete, nagy erő kifejtésére képes,

ugyanakkor az irányítása nehezen oldható meg. Elsősorban

célgépek, gépsorok mozgatásánál alkalmazzák, ahol

többnyire csak két véghelyzet között kell mozgást végezni.

A fogaskerék-fogasléc kinematikai kapcsolat ugyan

egyszerű, de még a hézagmentesített változata sem elég

pontos, továbbá a hatásfoka is alacsony. Ha a megteendő út

hosszú, még mindig az egyetlen megoldás a fogaskerék-

fogasléc kapcsolat alkalmazása.




Napjaink új építőeleme a lineáris motor, amely nagyobb

sebességeket, hosszabb löketeket, nagy pontosságot tesz

lehetővé oly módon, hogy az egyenes vezetéken kívül nem

szükséges hagyományos értelemben vett mozgató

kinematika.





Főhajtóműveknél a korábban alkalmazott egyenáramú (DC)

motorokat azok korlátozott sebességszabályozhatósága és a

szénkefék kopása miatt egyre inkább az aszinkron váltóáramú

(AC) motorok váltják fel. Ezek egyszerűbb változatai a

sebességszabályozást frekvenciaszabályozással, a nagyobb,

pontosabb motorok pedig az un. vektor szabályozással (az

armatúraáram és a rotoráram bonyolult szabályozásával) oldják

meg.

Az előtoló hajtások motorjainál a főmotorhoz hasonlóan a

váltóáramú indukciós motorok (az un. váltóáramú AC szervók)

kerültek előtérbe.

Ezek a szánokat és az asztalokat legtöbbször golyósorsó-anya

pár segítségével mozgatják. Ezért gyakran nevezik ezeket

pozícionáló motoroknak is.



Mind a fő-, mind a mellékhajtások fontos részei az út- és a

sebességszabályozáshoz szükséges közvetlen vagy közvetett

útadók, valamint a különböző sebességadók (szenzorok).

A megmunkálási pontosságot jelentős mértékben befolyásolja

a szerszámgép főorsójának pontossága. Ezt befolyásolja:

a főorsó kialakítása, anyagminősége, megmunkálása,

a csapágyazás,

a kenés, a hűtés és

a beépítés.A főorsók mintegy 90%-a gördülő csapágyazású. Jellegzetes

főorsó gördülő csapágy a kúpos furatú kétsoros hengergörgős

csapágy, de gyakran használják a ferde hatásvonalú golyós

csapágyazást is. A főorsó deformáció mintegy 50-70%-a az orsó,

30-50%-a pedig a csapágyazás rovására írható.



Forgástest jellegű alkatrészek megmunkálógépei

A forgácsoló szerszámgépek két nagy csoportja

a forgástest jellegű alkatrészeket megmunkáló és

a szekrényes alkatrészeket megmunkáló

szerszámgépek fejlődése sokáig egymástól - szinte

teljesen - elválasztva folyt.

A fejlődés jelenlegi szakaszában ez a két csoport

érzékelhetően közelít egymáshoz; így például egy

esztergáló központ csak abban különbözik egy

megmunkáló központtól, hogy ez utóbbi a munkadarabbal

nem tud forgó mozgást végezni.






Esztergák

Az esztergák olyan forgácsoló szerszámgépek,

amelyekben döntően forgásszimmetrikus alkatrészek

készülnek. A forgácsoló főmozgást a - főorsóba

befogott - munkadarab végzi, miközben a folyamatos

előtoló és a szakaszos fogásvételi mozgás

leggyakrabban a szerszám feladata.

Hagyományos esztergák lásd laboratóriumi

gyakorlatokon!




Esztergák

TOS SUI 500 Combi típusú CNC esztergagép




Esztergáló cella

Az esztergáló központokon megvalósítható

műveletkoncentrációt segíti elő a forgó, hajtott

szerszámok számára kialakított külön szánrendszer.

Azt a CNC vezérlésű esztergából kifejlesztett

szerszámgépet, amely egymaga képes pl. ennek a

munkadarabnak a teljes megmunkálására,

esztergáló központnak nevezik.



Az ábrán látható

felfogó furatokat (a), a

keresztirányú

furatokat (c,d)

fúrógépen, a b

reteszhornyot pedig

marógépen kellene

megmunkálni.

Ez így összesen három szerszámgépet, többszöri átfogást

(bázisváltási hiba?!) és nem utolsósorban három gépkezelőt,

továbbá anyagmozgatást igényelne.




A munkadarab a, b,

c és d felületeit egy

felfogásban készre

lehet munkálni.






Esztergáló központ külön szánnal hajtott szerszámokkal

Alapfogalmak 54

Eszterga megmunkáló központ

Eszterga megmunkáló központ (Gildemeister)

SZElaborban

2008. május (négy tengelyes)

Alapfogalmak 55

Eszterga megmunkáló központ

EMCO

HYPERTURN 645

MCplus

8 tengelyes

esztergáló

megmunkáló-

központ



Szekrényes alkatrészek megmunkálógépeiAz un. szekrényes alkatrészek megmunkálógépei:

Sik felületeket megmunkáló marógépek,

A furatokat készítő fúrógépek,

A két szerszámgép kombinációját jelentő fúró-maró

művek,

A megmunkálóközpontok.

Ezen szerszámgépek közös jellemzői:

A munkadarab - néhány speciális fúrógép kivételével -

csak mellékmozgásokat végez,

A jellemző szerszám szabályosan többélű maró-, vagy

fúró szerszám.Megjegyzés: A hagyományos szerszámgépeket laboratóriumi

gyakorlatokon mutatjuk be.



Szekrényes alkatrészek

megmunkálógépei

Megjegyzés:

A hagyományos szerszámgépeket

laboratóriumi gyakorlatokon

mutatjuk be.

Hagyományos szerszámgépek

(pl. fúrógépek)



Szekrényes alkatrészek megmunkálógépeiMegmunkáló központok

A termelékenység fokozása, valamint a megmunkálási

pontosság növelése érdekében hozták létre a megmunkáló

központokat, amelyek különböző műveletek, mint például a

fúrás, a marás, a dörzsölés, a menetvágás, stb. egy

szerszámgépen, egy felfogásban (műveletkoncentráció)

történő elvégzését, többnyire a munkadarab készre

munkálását teszik lehetővé.

A megmunkáló központ fontos sajátosságai:

a CNC vezérlés,

az automatikus szerszámcsere,

a munkadarab négy oldalának megmunkálását lehetővé

tevő osztó, forgó asztal.



Szekrényes alkatrészek megmunkálógépei

A felsorolt jellemzőkön túl a megmunkáló központ képes lehet

különféle mérési és felügyeleti funkciókra, továbbá

automatikus munkadarab (paletta) cserélésére is.

Különösen előnyösen használhatók a kis- és közepes

sorozatok gyártásánál, mivel a magas automatizáltsági

szintjük miatt a gyakran változó gyártási feladathoz gyorsan,

esetenként automatikusan alkalmazkodni képesek.

A megmunkáló központ jellegzetes építőeleme a szerszámtár

és az automatikus szerszámcserélő. A szerszámgép csak több

szerszámmal tudja készre munkálni a munkadarabot, mert - különösen a furat

megmunkálásnál használt - szerszámok erőteljesen specializálódtak, egy-egy

szerszám csak egy-egy furatméret, alak- és felületi minőség létrehozására

alkalmasak.



Vízszintes megmunkálóközpont lineáris motorokkal



Négy-, öttengelyes megmunkálóközpontok



Automatikus palettacsere

Alapfogalmak 63

Megmunkálóközpontok

Vízszintes megmunkáló

központok

Függőleges megmunkáló

központok

4, 5 tengelyes (4D, 5D)

megmunkáló központok

Megmunkáló-

központok

Példák a különböző

kivitelekre

Alapfogalmak 64


Megmunkáló-

központok

Példák

5 tengelyes

megmunkáló-

központ

HERMLE C30

Alapfogalmak 65

Lineárhajtás minden megmunkálási tengelyen

Polcmagazinrendzser

Maximum 100 db

Szerszám számára

XHC 241 / 341

+

Y

-




Térportál kiszolgálású

gyártócella


GYŐR

Köszönöm a figyelmet!

Documents

MEGMUNKÁLÁSI TECHNOLÓGIÁKpinter/LGB_AJ003_2%20Megmunk%E1l%E1si%20...SZÉCHENYI ISTVÁN EGYETEM GYŐR Forgácsoló szerszámgépek szerkezeti elemei, részegységei A forgácsoló