10/7/2013

1

PREDAVAČ

doc. dr. sc. Sonja Jozić

FESB, R. Boškovića bb,

21000 Split

OBRADNI STROJEVI

(3+0+1+0), I. semestar, 5 ECTS,

sveučilišni diplomski studij strojarstva

1. UVOD - OBRADNI STROJEVI

1. Uvodne napomene

2. Definicija i podjela tehnologije

3. Postupci obrade odvajanjem čestica

4. Osnovni pojmovi – Obradni strojevi

5. Značaj primjene u gospodarstvu

6. Povijesni razvoj obradnih strojeva

7. Trendovi razvitka obradnih strojeva

8. Klasifikacija obradnih strojeva

10/7/2013

2

3

Preduvjet: poznavanje postupaka obrade metala odvajanjem čestica.

Cilj: stjecanje specifičnih znanja o obradnim strojevima koji se

primjenjuju u tehnologiji obrade metala odvajanjem čestica.

Predavanja: Dva sata tjedno – C401

Laboratorijske vježbe: Jedan sat tjedno – B109

Preporučena literatura:

Lopez de Lacalle & Lamikiz: Machine tools for high performance

machining, Springer, 2008.

Ekinović S.: Alatne mašine, Mašinski fakultet, Zenica, 2004.

Cebalo, R.: Alatni strojevi – Odabrana poglavlja, Vlastito izdanje,

Zagreb, 2001.

Pahole, I., Balič, J.: Obdelovalni stroji, Univerza v Mariboru,

Maribor 2003.

Općenito o predmetu

4

Nastavne jedinice Predavanja – učionica C401

1. Uvod, Značaj, stanje i pravci razvoja obradnih strojeva, Klasifikacija obradnih strojeva 3 sata

2. Osnove konstruiranja obradnih strojeva, Ispitivanje točnosti obradnih strojeva 3 sata

3. Nosivi elementi, vodilice, uležištenja glavnog vretena 3 sata

4. Pogonski sustavi obradnih strojeva 3 sata

5. Upravljanje obradnim strojevima 3 sata

6. Elementi alatnih strojevi za visoke performanse 3 sata

7. Sustavi nadzora stanja alata 3 sata

8. Kolokvij 1

9. Tokarilice: klasifikacija i osnovni pojmovi 3 sata

10. Glodalice: klasifikacija i osnovni pojmovi 3 sata

11. Ostali obradni strojevi: bušilice, blanjalice, provlakačice, pile, strojevi za izradu ozubljenja 3 sata

12. Posluživanje obradnih strojeva, sustavi za prihvat alata i obradaka 3 sata

13. Višeoperacijski CNC obradni strojevi: obradni centar, tokarski obradni centar, brusni obradni centar 3 sata

14. Visokodinamički obradni strojevi: kartezijski i nekartezijski 3 sata

15. Kolokvij 2

Laboratorijske vježbe – laboratorij B109

1. Gibanja, tipični dijelovi i mehanizmi obradnih strojeva instaliranih u laboratoriju. Određivanje proizvodnog

stupnja dimenzijskog iskorištenja obradnog stroja.2 sata

2. Određivanje proizvodnog stupnja iskorištenja brzine. 2 sata

3. Ispitivanje geometrijske točnost tokarilice i bušilice. Utjecaj odabira stroja i postupka obrade na točnost

obrade.2 sata

4. Krutost sustava stroj-alat-predmet obrade. Prednamještanje obratka i alata kod vertikalnog obradnog centra 2 sata

5. Određivanje proizvodnog stupnja iskorištenja posmaka. Određivanje proizvodnosti. 2 sata

6. Izrada programa za vertikalni obradni centar (Shopmill) 2 sata

7. Priprema i izrada modela na 3D printeru. Ispitivanje radne točnosti vertikalnog obradnog centra 2 sata

10/7/2013

3

5

Uvjeti za pozitivnu ocjenu su:1. Predana i prihvaćena izvješća s laboratorijskih vježbi.2. 50% bodova na svakom kolokviju.Ocjena - (%) = 0,5 ( K 1 + K 2 )K 1, K 2 - ocjena na prvom i drugom kolokviju izražena u postotcima.

Konačna ocjena utvrđuje se na sljedeći način:Postotak Ocjena50% do 61% dovoljan (2)62% do 74% dobar (3)75% do 87% vrlodobar (4)88% do 100% izvrstan (5)

Na završnom ispitu studenti polažu gradivo koje nisu položili na kolokvijima.Studenti koji ne polože ispit preko kolokvija, polažu pismeni i usmeni ispit.

Provjera znanja

6

MOTO

Nije umijeće izraditi proizvod,

umijeće je izraditi ga jeftino,

dovoljno kvalitetno i na vrijeme.

Uvodne napomene

10/7/2013

4

7

Korisni linkovi

8

Tehnologija se u najširem smislu može definirati kao znanstvena, tehnička disciplina kojaproučava međusobni odnos sredstava i postupaka proizvodnje u svim sferama ljudskedjelatnosti.

Riječ tehnologija je grčkog porijekla i znači – učenje o postupcima, procesima i načinimapomoću kojih se prerađuju sirovine.

Definicija i podjela tehnologije

10/7/2013

5

9

U novije vrijeme pojavljuju se čitav niz novih tehnologija koje se javljaju pod

zajedničkim nazivom Rapid prototyping ili Layered manufacturing ili Generic

manufacturing.

- pretežito se koriste za izradu prototipova, premda je već počela primjena i

kod proizvodnje u manjim serijama.

Nedostatak: visoka cijena opreme, ograničen broj materijala koji se

mogu uspješno koristiti, mehanička svojstva, ....

Najveća prednost: mogućnost izrade kompliciranih i geometrijski

zahtjevnih modela.

Definicija i podjela tehnologije

10

Rapid prototyping “preuzima” nacrte iz CAD (Computer Aided Design) programa, pretvara ih u tanke virtualne horizontalne presjeke, svaki virtualni horizontalni presjek stvara u fizičkom prostoru (polaže slojeve tekućine, praška ili listova materijala), slaže ih jedan na drugi dok ne dovrši model koji je istovjetan onom na trodimenzionalnom nacrtu.

Definicija i podjela tehnologije

10/7/2013

6

11

Obrada metala odvajanjem čestica (Machining) skupkonvencionalnih i nekonvencionalnih postupaka oduzimanjamaterijala kojim se metalnom obratku daje određeni oblik iodređena kvaliteta obrađene površine.

Osnovni pojmovi

Obrada "mikro" dijelovaObrada pozicija velikih dimenzijaObrada složene geometrije

Tvrda obrada (>50 HRc)

12

Osnovne značajke postupaka obrade odvajanjem čestica

Postupci obrade odvajanjem čestica obično se izvode posljednji, nakonpostupaka praoblikovanja, preoblikovanja i eventualne toplinske obrade.

Osnovni pojmovi

10/7/2013

7

13

Podjela postupaka obrade odvajanjem čestica

14

Tokarenje (eng. Turning) je najčešći postupak obrade metala odvajanjem čestica. Primjenjuje se za obradu cilindričnih obradaka jednoreznim alatom pri čemu je moguće obrađivati cilindrične (uzdužne) i čeone površine obratka. Osnovna značajka postupka - neprekinuti rez konstantnog presjeka uz određenu geometriju alata. Tokarenje se izvodi na alatnim strojevima, tokarilicama, a alat za tokarenje je tokarski nož, određene geometrije reznog dijela, s jednom glavnom reznom oštricom. Glavno gibanje je kružno gibanje obratka, posmično gibanje je pravocrtno gibanje alata, dostavno gibanje je gibanje alata do potrebne dubine rezanja. Posmično gibanje određuje se uvijek prema osi obratka i može biti različito, što daje različite mogućnosti tokarenja. Procjenjuje se da oko 40% ukupne obrade odvajanjem čestica otpada na tokarenje.

Tokarenje

10/7/2013

8

15

Uzdužno i poprečno tokarenje

Tokarenje

Uzdužno unutrašnje tokarenje

Uzdužno vanjsko tokarenje

Poprečno vanjsko tokarenje

16

Tokarenje

1. Uzdužno tokarenje

2. Profilno tokarenje

3. Uzdužno tokarenje

“Mini bars”

1. Uzdužno tokarenje

2. Profilno tokarenje

3. Poprečno tokarenje3.

2.

1.

1.2.

3.

10/7/2013

9

17

Tokarenje

Odsjecanje i usjecanje

18

Tokarenje

Izrada navoja

10/7/2013

10

19

Tokarenje

Tokarenje konusa

Profilno tokarenje

20

Glodanje (eng. Milling) je postupak obrade odvajanjem čestica metala

koji spada u postupke obrade čvrstim alatima određene geometrije oštice s

promjenjivim presjekom odvojene čestice.

Glodanjem se postiže visoka proizvodnost strojne obrade i široka

iskoristivost u serijskoj i masovnoj proizvodnji.

Glavno gibanje je kružno gibanje alata, a obradak obavlja posmično

pravocrtno gibanje u pravcu sve tri koordinatne osi, istovremeno ili

pojedinačno.

Glodanje je složen proces obrade kako zbog većeg broja oštrica, tako i

zbog promjenjivog presjeka odvojene čestice. Pri tome se opterećenje

svake oštrice za vrijeme rada mijenja od početka do kraja zahvata.

obodno čeono kombinirano

Glodanje

10/7/2013

11

21

Kod obodnog glodanja os rotacije glodala je paralelna sa površinom obratka koji se obrađuje.

protusmjerno

Kod čeonog glodanja glodalo je postavljeno tako da mu je os vrtnje okomita na površinu

obratka koja se obrađuje.

istosmjerno

istosmjerno protusmjerno dimenzije kod čeonog glodanja

Glodanje

22

Glodanje

“Lastin rep”Čeono

ravno

glodanje

“T” utor

Zupčanik

Utor za klin

Odvalno glodanje zupčanika

10/7/2013

12

23

Bušenje (eng. Drilling) je postupak obrade, s kontinuiranim

presjekom odvojene čestice, kojim se izrađuju i obrađuju provrti i uvrti.

U toku obrade odvojena čestica ima konstantan presjek.

Glavno gibanje je kružno gibanje alata.

Posmično gibanje je pravocrtno gibanje alata.

Glavne značajke postupka:

- promjenjiva rezna geometrija reznog brida,

- promjenjiva brzina obrade duž reznih oštrica,

- negativno djelovanje poprečne rezne oštrice,

- otežano odvođenje odvojene čestice,

- mala krutost alata i cijelog sustava

Bušenje

24

Bušenje

Standardno bušenje

Bušenje s upuštanjem

Stepeničasto bušenje

s upuštanjem

Izvodi se na alatnim strojevima, bušilicama.

Kod obrade bušenjem na tokarilici obradak rotira, a

alat ima samo posmično kontinuirano gibanje.

Alat (svrdlo) je definirane geometrije reznog dijela, s

dvije glavne rezne oštrice i jednom poprečnom

oštricom.

10/7/2013

13

25

Upuštanje (eng. Countersinking) je postupak obrade odvajanjem

čestica (rezanjem) koji se upotrebljava nakon bušenja za postizanje

završnog oblika provrta zakošavanjem ili proširivanjem već

izbušenih provrta.

Izvodi se na alatnim strojevima, pretežno bušilicama, na identičan

način kao i bušenje.

Alat za upuštanje je upuštalo, definirane geometrije reznog dijela

(konično ili cilindrično), s više od dvije glavne rezne oštrice,

Upuštanje

26

Razvrtanje (eng. Reaming) je postupak obrade odvajanjem čestica

(rezanjem) koji se upotrebljava nakon bušenja za konačnu, finiju i precizniju

obradu već izbušenih provrta (N5).

Pri razvrtanju se skida tanki sloj materijala (mala dubina rezanja) što ima za

posljedicu visoku kvalitetu obrađene površine.

Izvodi se na alatnim strojevima, pretežno bušilicama, na gotovo identičan

način kao bušenje i upuštanje.

Alat za razvrtavanje je razvrtalo, definirane geometrije reznog dijela, s više

od dvije glavne rezne oštrice (6-12).

.

Razvrtanje

10/7/2013

14

27

Blanjanje (Shaping) je postupak obrade odvajanjem čestica (rezanjem)pretežno ravnih horizontalnih i vertikalnih površina.Blanjanje je postupak koji je, sa gledišta procesa nastajanja odvojenečestice, identičan tokarenju. Zapravo, postupci blanjanja su specijalnislučajevi tokarenja, kada je promjer obratka beskonačno velik. Ovdje seradi o obradi ravnih površina, dok je u slučaju tokarenja to bila cilindričnapovršina. Blanjanje se izvodi se na alatnim strojevima, blanjalicama.Ovisno o tome izvodi li alat ili obradak glavno gibanje, postoji:• obrada na kratkohodnoj blanjalici i• obrada na dugohodnoj blanjalici.

Kod kratkohodne blanjalice, alat se giba pravocrtno i to je glavno gibanjeG, a obradak se giba pravocrtno i periodično, neposredno nakonobavljenog povratnog hoda alata, a prije početka sljedećeg radnog hoda, ito je posmično gibanje P.

Blanjanje

Kod dugohodne blanjalice, obradak se giba pravocrtno i to je glavnogibanje G, a alat se giba pravocrtno, periodično, nakon završenogpovratnog hoda obratka, a prije početka sljedećeg radnog hoda. To jeposmično gibanje P.

Za izradu vanjskih i unutrašnjih ozubljenja i žljebova za klinove koriste sedubilice. vertikalno gibanje (glavno gibanje) a obradak se giba posmičnonakon završetka povratnog hoda alata.

28

Provlačenje (eng. Broaching) je postupak obrade odvajanjem čestica

alatima s više oštrica određene geometrije.

Alat se giba pravocrtno i to je glavno gibanje, dok obradak miruje.

Posmičnog gibanja kod provlačenja nema.

Umjesto toga oštrice alata su pomaknute jedna u odnosu na drugu, za

veličinu koja odgovara sloju materijala kojeg će naredni zub skinuti.

Provlačenje se primjenjuje za obradu unutrašnjih i vanjskih površina

kao što su: šupljine kružnog, kvadratnog ili nepravilnog oblika, utori za

klinove, zubi unutrašnjih ozubljenja i drugo.

Alat za provlačenje je dugačka nazubljena motka provlakač kojom se,

ovisno o namjeni, može postići odstranjivanje materijala i do 6 mm

Provlačenje

10/7/2013

15

29

Piljenje (eng. Sawing) je nekontinuirani postupak obrade višesječnim alatima koji se koristi isključivo

za dijeljenje pripremka (šipke, profili, cijevi) na više komada (izradaka) koji u sljedećoj fazi

tehnološkog procesa postaju pripremci, za neki drugi postupak obrade.

Ovaj se postupak koristi za sve metalne i nemetalne materijale koji su obradivi i drugim postupcima

odvajanja čestica. Kako se piljenje ostvaruje samo u jednom smjeru, ovaj postupak nije naročito

ekonomičan.

Piljenje se uglavnom izvodi na alatnim strojevima, pilama, ili rjeđe ručno, pri čemu se alat giba

pravocrtni ili kružno i to je glavno gibanje, i obično ostvaruje i posmično gibanje.

Prema načinu izvođenja glavnog gibanja postoje dva načina piljenja:

- kružno piljenje,

- pravocrtno piljenje.

a) Kružno piljenje, b) Pravocrtno piljenje tračnom pilom, c) Pravocrtno piljenje lisnatom pilom

Piljenje

30

Brušenje je postupak obrade odvajanjem čestica koji se primjenjuje u završnoj fazi obrade metala.

Kao alat koristi se brusno kolo koje je izrađeno od mješavine abraziva i veziva.

Abrazivna zrnca na površini kola imaju nedefiniranu geometriju oštrica kojima, uslijed gibanja, odvajaju

čestice sa površine obratka.

Najčešće korišteni abrazivi u postupcima obrade odvajanjem čestica su: aluminijski oksid Al2O3, Silicijev

karbid SiC, Kubični bor nitrid CBN i dijamant.

Brušenje se koristi za ravne površine, vanjske i unutrašnje kružne obradne površine, cilindrične, stožaste

i profilne, te za zakrivljene obradne površine.

Postupci brušenja a - ravnih površina; b – cilindričnih površina

Alat se giba kružno i to je glavno gibanje, a obradak se giba pravocrtno i/ili kružno i

to je posmično gibanje. U nekim slučajevima alat može imati i posmično gibanje.

Brušenje

10/7/2013

16

31

Honanje (eng. Honing) je postupak obrade (isključivo) okruglih otvora koji su prethodno obrađeni

razvrtanjem, najfinijim unutrašnjim tokarenjem, provlačenjem ili brušenjem. Honanjem se obrađuju

otvori promjera od 5 mm do 1000 mm s duljinama do maksimalno nekoliko metara. Ovaj postupak se

primjenjuje za završno dotjerivanje oblika i smanjenje hrapavosti obrađene površine bez mogućnosti

promjene veličine i geometrijskog oblika.

Alat se giba kružno i to je glavno gibanje, a i pravocrtno i to je posmično gibanje.

Zbog malih brzina rezanja i manjih sila trenja pri honanju se ne razvija velika količina topline (od 50°C

do 160°C) tako da nema zagrijavanja obratka kao kod brušenja,, te značajnijih promjena u

površinskom sloju materijala.

Honanje

32

Superfiniš (eng. Superfinishing) je postupak najfinije obrade rotacijskih, konusnih, kuglastih, pa čak i

ravnih površina strojnih dijelova koji trebaju imati visoku otpornost trošenju te mali koeficijent trenja. To

je u principu poseban oblik vrlo finog honanja tako da se ponekad naziva kratkohodno honanje.

Cilindrični obradak se kružno giba i to je glavno gibanje, a brusni segment se giba uzdužno pravocrtno

i to je posmično gibanje i oscilira u istom pravcu i to je glavno gibanje.

Uslijed ovakvog karaktera gibanja svako elementarno brusno zrno izvodi jedno složeno gibanje u

obliku sinusoide kojoj je srednja crta zavojnica. Zbog toga je tijekom obrade brzina rezanja promjenjiva.

Superfiniš

10/7/2013

17

33

Lepanje (eng. Lapping) je postupak obrade sa sitnim abrazivnim zrnima raspoređenim u tekućini ili u

pasti koja se nanosi na kalup i koji se relativno giba u odnosu na obradak. Zahvaljujući relativnom

gibanju između obratka i kalupa i formiranom sloju tekućine ili paste s abrazivnim zrnima između njih,

dolazi do abrazivnog djelovanja zrna, a time i do obrade površine.

Ovo je postupak najfinije obrade, moguće je postići hrapavosti površine Ra=0,08 μm do Ra=0,32 μm i

točnosti do ±0,2 μm.

Lepanje

Osnovni pojmovi – obradni strojevi

• Alatni stroj (Machine Tool) široki raspon:

– za izradu proizvoda od metala, drva ili drugih materijala;

– metaloprerađivačka industrija: strojevi za obradu odvajanjem

čestica, strojevi za oblikovanje deformiranjem i ostali;

– definicija alatnog stroja u obradi odvajanjem čestica: servo

upravljani prostorni mehanizam koji pogoni i vodi rezni alat

po složenoj trajektoriji stvarajući novi oblik u pripremku

(sirovcu).nekonvencionalni

postupci?

34

10/7/2013

18

Definicija alatnog stroja – DIN 69651:

"Machine tools are machines provided with a power source, for the main part non-portable,

which are used for variety of production procedures, with the aid of physical, chemical or other

processes. These production processes, which are mainly concerned with manufacture of

metal components, incorporate casting, forming, cutting and joining, when necessary with the

use of additional materials or other components. Machine tools bring the interacting tool and

work together in such a way that after defined relative motions between them, a geometrically

definable work form (finished component) results at the end of the production process."

• “a powered machine for cutting or shaping or finishing metals or other

materials”

• “an assembly of interconnected components arranged to transmit or

modify force in order to perform useful work”

“Pogonjeni uređaji za obradu skidanjem čestica, deformiranjem, ili

doradu metala ili nekog drugog materijala te pri tome proizvode

koristan rad”

35

Osnovni pojmovi – obradni strojevi

• Obradni stroj novi pojam nastao kao transformacija pojma

alatnog stroja i to primarno u konvencionalnoj i nekonvencionalnoj

obradi metala odvajanjem čestica.

Napomene:

Još uvijek ne postoji jedinstvena i usuglašena definicija obradnog stroja pa tako i područja

koje taj pojam prekriva. Posljedica je njegovo neselektivno korištenje u širem kontekstu od

samo obrade odvajanjem čestica, tj. i za oblikovanje deformiranjem, lijevanjem,

sinteriranjem i spajanjem.

Pojam postoji samo u hrvatskom te slovenskom jeziku (obdelovalni stroj) gdje se različito

koristi. Tako u užem smislu obuhvaća strojeve za obradu metala odvajanjem čestica, dok u

širem smislu još i strojeve za oblikovanje metala deformiranjem, obradu drveta, oblikovanje

plastičnih proizvoda injekcijskim prešanjem (ubrizgavanjem). Na drugim jezicima nema

doslovnog prijevoda, odnosno treba ga prevoditi kao alatni stroj (machine tool, la macchina

utensile).

Nacionalna klasifikacija djelatnosti NKD 2007 i Nomenklatura industrijskih proizvoda NIP

2007 i dalje poznaju samo pojam alatnog stroja.

36

Osnovni pojmovi – obradni strojevi

10/7/2013

19

37

Obradni sustavi predstavljaju jedan ili više alatnih strojeva na kojima se ostvaruju određene

operacije obrade, odnosno niz operacijskih zahvata pomoću kojih se transformira sirov materijal

u gotov proizvod odnosno u konačni oblik.

Obradni sustav sastoji se u osnovi od nekoliko podsustava: alatnog stroja (1) (klasičnog ili

numerički upravljanog), alata (4), naprave (2) i predmeta obrade (3).

Alati u užem smislu su sredstva

kojima se odvajanjem čestica

obrađuje materijal.

Alatni strojevi su automatizirani

strojevi kod kojih čovjek ili

upravljačka jedinica upravlja

alatom u proizvodnom procesu.

Obradak

Alat

Naprava

Obradni stroj

Osnovni pojmovi – obradni sustav

• (Elementarni) obradni sustav kibernetska struktura

Obradni stroj

s napravom

Alat

{XB}

Pripremak

{XA}

Alat

{YB}

Obradak

{YA}XA(t)

XB(t)

YA(t)

YB(t)

Ulaz Izlaz

P

K

E

apEB fvcEA

MA, MB, Q

EpAB EkAB

IP

Proces

rezanja C

IK

P – podsustav pozicioniranja

K – kinematički podsustav

E – energijski podsustav

38

Osnovni pojmovi – obradni sustav

10/7/2013

20

• Fleksibilni (obradni proizvodni) sustavi

– Ime i koncept smislio je David Williamson 1960.-tih u Londonu

koji je u to vrijeme razmišljao u terminima fleksibilnog

obradnog sustava pa je prvi takav sustav i bio instaliran u

pogonu za konvencionalnu obradu odvajanjem čestica.

– Njegov je koncept nazvan "System 24" (Molins) budući da je bio

predviđen za rad 24 sata na dan pod nadzorom računala, a

inače bez ikakvog učešća čovjeka u 16-satnoj noćnoj smjeni.

– Razvijene su proširene aplikacije i dalje se nastavljaju razvijati u

tehnološkim sustavima oblikovanja deformiranjem, injekcijskog

prešanja (ubrizgavanja) i montaže šireći na taj način izvorno ime

i koncept na fleksibilni proizvodni sustav.

Proizvodni sustav obradni sustav + sustav toka materijala + informacijski sustav.

39

Osnovni pojmovi – obradni strojevi i sustavi

• Fleksibilni vs. prilagodljivi

– Flexible Machining/Manufacturing System može se prevesti

jedino kao fleksibilni obradni/proizvodni sustav, a nikako kao

prilagodljivi što se često pojavljuje u znanstvenoj i stručnoj

literaturi.

– Flexible = gibak, savitljiv, vitak, elastičan, podatan.

– Adaptive = prilagodljiv; pojam je rezerviran za adaptivno

upravljanje obradnim strojevima (Adaptive Control).

Adaptivno je nešto drugo od fleksibilno i stoga neka fleksibilni

obradni/proizvodni sustavi ostanu upravo to – FLEKSIBILNI, a ne

prilagodljivi.

40

Osnovni pojmovi – obradni strojevi i sustavi

10/7/2013

21

• Akronimi

– AC (Adaptive Control) adaptivno upravljanje

– CIM (Computer Integrated Manufacturing) računalom integrirana proizvodnja

– CNC (Computer Numerical Control) računalno numeričko upravljanje

– DNC (Direct Numerical Control) direktno numeričko upravljanje ili

(Distributed Numerical Control) distribuirano numeričko upravljanje

– FMC (Flexible Machining Cell) fleksibilna obradna ćelija ili

(Flexible Manufacturing Cell) fleksibilna proizvodna ćelija

– FMS (Flexible Machining System) fleksibilni obradni sustav ili

(Flexible Manufacturing System) fleksibilni proizvodni sustav

– NC (Numerical Control) numeričko upravljanje

41

Osnovni pojmovi – obradni strojevi i sustavi

ČELIČNIH

KONSTRUKC.KEMIJSKOJ

INDUSTRIJI

Značaj i uloga o.o.č.

U razvijenim zemljama čini ≈ 20

- 30% bruto proizvoda.

U tom je sektoru ≈ 15 - 20%

radnih mjesta.

Na svako radno mjesto u

proizvodnji općenito, dolaze

još 2 - 2,5 radna mjesta u

ostalim djelatnostima.

Svijet poklanja veliku pažnju

industriji i proizvodnji obradnih

strojeva i sustava jer tim putem

pouzdano upravlja svojim

gospodarstvom i ekonomijom, ali i

svojom nezavisnošću.

Obradni strojevi proizvode

sami sebe i održavaju se!

Značaj primjene u gospodarstvu

42

10/7/2013

22

Približni rasponi osnovnih cijena strojevaTip stroja Raspon cijena

($1000)

Tip stroja Raspon cijena

($1000)

Provlačenje 10–300 Obradni centar 50–1000

10–100

Mehanička preša 20–250Elektroerozija 30–150

Glodanje 10–250

Valjanje prstena 500Taloženje rastaljenog materijala (FDM) 60–120

Izrada ozubljenja 100–200

BrušenjeRoboti 20–200

Cilindrično 40–150Profilno valjanje 5–100

Površinsko 20–100Oblikovanje gumom 50–500

Stereolitografija 80–200Injekcijsko prešanje 30–150 Savijanje rastezanjem 400–>1000Bušilice Transfer linije 100–>1000

KoordinatneZavarivanje

Horizontalna bušilica-glodalica 100–400Elektronskim snopom 200–1000

Fleksibilni proizvodni sustav > 1000Točkasto 10–50

Tokarilice 10–100Ultrazvukom 50–200

Klasične automatske (jedno i viševretene) 30–250

Vertikalne 100–400

Napomena: Cijene značajno variraju zavisno o veličini, kapacitetu, opcijama, stupnju automatizacije i računalnom

50–150

Radijalne

Elektromagnetsko i elektrohidrauličko oblikov. 50–150

upravljanju.

Značaj primjene u gospodarstvu

43

Značaj primjene u gospodarstvu

44

10/7/2013

23

Značaj primjene u gospodarstvu

Izvor: DZS RH; Obrada HGK

Značaj primjene u gospodarstvu

46

10/7/2013

24

Udruge

– Gospodarska interesna udruga proizvodne tehnologije ALSTRO-GIU

(osnovana 1992.)

– Hrvatska komora inženjera (oko 1000 strojara s ovlaštenjem –

projektiranje, gradnja, nadzor)

– Hrvatska udruga proizvodnog strojarstva HUPS (osnovana 1992.)

– …

Časopisi

– Tehnički vjesnik, Informacije…

Sajmovi / kongresi

– BIAM (od 1971.), CIM (od 1992.), ATDC (od 2002.), …

Značaj primjene u gospodarstvu

47

48

Značaj primjene u gospodarstvu

10/7/2013

25

49

Značaj primjene u gospodarstvu

Princip klina još iz kamenog doba primjenjuje se i u

suvremenim proizvodnim uvjetima konvencionalne

obrade odvajanjem čestica.

A

A

β

βA - A

B

B

B - B

Povijesni razvoj

50

10/7/2013

26

Neolitski uređaj za odrezivanje

kamenim alatom (oko ← 4000.)

Bušenje pomoću luka kojim

se pravocrtno gibanje

pretvara u kružno (Egipat,

oko ← 1450.)

Povijesni razvoj

51

Skice tokarilica – Leonardo da Vinci, inovacije oko 1500.

(obostrano okretanje i nožni pogon)

Povijesni razvoj

52

10/7/2013

27

53

Visokobrzinski štapni mehanizmi 1998.

Inteligentni obradni sustavi 2000.

Rekonfigurabilni obradni sustavi 2005.

TE

HN

OL

OŠ

KA

RA

ZIN

A

1700.

1840. stupne i radijalne bušilice

1873.-1880. jednovreteni tokarski automati

DNC upravljanje 1963.

God.1955.1880.

Kruta automatizacija

Čovjek upravljač obradnog stroja

1769. parni stroj (James Watt) I. industrijska revolucija

NC i CNC obradni strojevi

Klasični obradni strojevi

Prvi CNC obradni stroj 1972.Izrađena prva NC glodalica u Prvomajskoj izložena na BIAM-u 1971.

Prvi industrijski robot (USA) 1960.Uvođenje programskog jezika APT 1957.

Prvi NC obradni stroj (sajam u Chicagu) 1955.

Pokretanje ideje za razvoj NUMERIČKOG UPRAVLJANJA (J. T. Parsons) 1947.

1925. sinterirani tvrdi metal – početak

većih brzina rezanja metala

1900. brzorezni čelik – novi rezni materijal

1893. četverovreteni tokarski automat

1865. univerzalna brusilica

1845. revolver tokarilica

1792. prva tokarilica s vučnim navojnim vretenom

1775. stroj za obradu cilindara (J. Wilkinson, Engleska)

1800. 1900. 1980. 2000.Nova proizvodna

filozofija

NC i CNC automatizacija

Inteligentni roboti 1991.

Skeniranje dijelova 1990.

Prvi CIM (Japan) 1988.

Prvi FMS ("Molins 24" - Engleska) 1968.

1833. planska brusilica1818. prva glodalica (E. Whitney, USA)

1862. univerzalna glodalica i dugohodna blanjalica

1

2

4

7

8

6

9

5

1835. glodalica za zupčanike

3

Početak razvoja numeričkog upravljanja na MIT, USA 1948.II. industrijska revolucija Izrađen prototip NC vertikalne glodalice Hydro-Tel 1952.

1955. novi rezni materijal

oksid keramika

Početak primjene NC obradnih strojeva u Hrvatskoj (Prvomajska) 1969.

Primjena adaptivnog upravljanja – optimizacija procesa 1987.

Povijesni razvoj

Unutrašnja obrada cilindra Wattovog parnog

stroja s pogonom pomoću mlinskog kola

(1776.)

Povijesni razvoj

54

10/7/2013

28

Frederick Winslow Taylor – 1856. - 1915.

Koji alat treba upotrijebiti?

Koju brzinu rezanja treba odabrati?

Koji posmak treba postaviti?

F. W. Taylor (1907.) "On the Art of Cutting Metals":

preko 300 stranica rezultata istraživanja;

pronalazak brzoreznog čelika;

tzv. Taylorova jednadžba postojanosti alata.

Posljedično, produktivnost Midvale Steel Works (USA) je porasla

400%!

Povijesni razvoj

55

56

3

Strojna obrada sredinom 20 st.

Strojna obrada početkom 20 st.

Strojna obrada krajem 20 st.

54

Povijesni razvoj

10/7/2013

29

Povijesni razvoj

Hydro-Tel (1952.): prvi NC obradni stroj – vertikalna

glodalica firme Cincinnati

6

57

Sherman FB 100 (1969.): prvi NC obradni stroj u

Hrvatskoj s upravljačkom jedinicom DEKAMAT 321

7

Povijesni razvoj

58

10/7/2013

30

59

G-301 NC (1971.): prva

NC glodalica izrađena u

Prvomajskoj

8

Povijesni razvoj

9

Visokobrzinski štapni mehanizmi – hexapodi (Stewartova

platforma)

Povijesni razvoj

60

10/7/2013

31

21 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1413 15

VBO obradni stroj

a = 30 m/s2

30 kW

Formula 1

~ 650 kW

Sportski automobil i

normalni obradni

stroj

Snažni

automobil

Normalni

automobil

Vrijeme od 0 do 100 km/h

0

Povijesni razvoj

61

Pokretači stalnog razvitka:

o zahtjevi za većom produktivnošću (kraćim vremenima obrade);

o zahtjevi za stalnim povećanjem kvalitete obrade;

o zahtjevi za većim iskorištenjem obradnih strojeva;

o zahtjevi očuvanja okoliša;

o sve kraći vijek trajanja proizvoda;

o novi, teže obradivi materijali obradaka.

Povijesni razvoj

62

10/7/2013

32

4/5 osni NC erozimati

Obrada kontura bez

profilnih alata

Primjena lasera za

obrade velikom brzinom

Veće brzine obrade

CBN brušenje

Složenija primjena

osjetilne tehnike

Ekscentrično brušenje

s X-osi visoke točnosti i

dobre dinamike

Automatska izmjena

brusa

Veće brzine obrade

Veća točnost

Manji broj alata

Modularnost veća

fleksibilnost

Obrada otvrdnutih

materijala

Integracija

Nadzor obradnog procesa i obradnog stroja inteligencija

Tokarenje, glodanje,

bušenje, provlačenje,

piljenje, …

Brušenje, lepanje,

honanje, ...

USM, AJM, WJM, AWJM,

CHM, ECM, EDM, LBM,

EBM, IBM, PBM, …

Strojevi i postupci obrade

alatima definirane

geometrije oštrice

Strojevi i postupci

obrade alatima

nedefinirane geometrije

oštrice

Nekonvencionalni

strojevi i postupci

obrade

Trendovi razvitka

63

stupanj zrelosti

zrelostrazvoj rast zastarjelost

stu

pan

j u

po

rab

e

CAQ - računalom podržano

osiguranje kvalitete

AT - automatska

tvornica

CNC - računalsko numeričko

upravljanjeDNC - distribuirano numeričko upravljanje

FMC - fleksibilna proizvodna ćelija

FMS - fleksibilni proizvodni sustav

AT

CAQ

FMS

FMC

DNC

CNC

NC

KOS

KOS - klasični obradni strojevi

NC - numeričko upravljanje

Trendovi razvitka

64

10/7/2013

33

• Inteligentni obradni sustavi u mogućnosti su potpuno

autonomno u nepoznatom okolišu uz neznatno učešće čovjeka

izvršavati povjerene im zadatke.

Arhitektura inteligentnog obradnog sustava:

Podsustav za prepoznavanje zadužen je za praćenje informacija o stanju obradnog sustava i okoliša,

a sastoji se od skupine senzora, jedinice za obradu signala i modula za obradu informacija.

Podsustav za odlučivanje na osnovi dobivenih informacija donosi odluke o ponašanju obradnog

sustava prema uočenim promjenama. Glavne aktivnosti ovog podsustava se svode na strateško

planiranje i učenje.

Izvršni podsustav u osnovi se ne razlikuje od NC obradnog stroja budući da je isti zadužen za

izvođenje aktivnosti na temelju informacija dobivenih od prethodnih modula.

OKRUŽENJE

PODSUSTAV ZA

PREPOZNAVANJEIZVRŠNI

PODSUSTAV

OKOLINA

PODSUSTAVZA PREPO- IZVRŠN I

PODSUSTAV

INTELIGENTNI OBRADNI SUSTAV

informacije aktivnosti

ZNAVANJE

PODSUSTAV ZA

ODLUČIVANJEPODSUSTAV ZAODLUČIVANJE

Trendovi razvitka

65

• Mogući scenariji u pogledu upotrebe obradnih sustava

Svi mogući scenariji

Automatizacija

Inteligentni sustav

Inteligentni

obradni sustavi

Obradni sustavi s

uključenom umjetnom

inteligencijom

CNC obradni

sustavi

Klasični obradni

sustavi

Čovjek

Trendovi razvitka

66

10/7/2013

34

Rekonfigurabilni obradni stroj modularni stroj s promjenjivom strukturom (moguće

je na primjer dodati novo radno vreteno budući da su sve glavne komponente

modularne).

Rekonfigurabilni obradni strojevi zahtijevaju i rekonfigurabilne upravljačke module

koji se mogu brzo mijenjati u upravljačke sustave s otvorenom arhitekturom.

Transfer linije

Fleksibilne transfer

linije

Fleksibilniproizvodni

sustav Fleksibilna proizvodna ćelija

NC obradni stroj

niski srednji visoki

Asortiman proizvoda

visoka

srednja

niska

Količina p

roizvoda

CIM

Obradni centar

Rekonfigurabilni obradni sustavi

Produktivnost

Fleksibilnost

Trendovi razvitka

67

• Problem: "zamjena" čovjekovih osjeta, iskustva i

zaključivanja odgovarajućim hardverom i softverom

pokazala se složenijom od očekivanja.

To je jedan od najzahtjevnijih i najvažnijih

istraživačkih zadataka u svezi budućih

obradnih sustava.

Trendovi razvitka

68

10/7/2013

35

• …prema tehnologiji obrade odvajanjem čestica:

1. konvencionalni strojevi za obradu alatima definirane

geometrije oštrice

• tokarilice, glodalice, bušilice, provlakačice, pile, ...

2. konvencionalni strojevi za obradu alatima nedefinirane

geometrije oštrice

• brusilice, strojevi za honanje, strojevi za lepalnje, ...

3. nekonvencionalni strojevi

• USM, AJM, (A)WJM, CHM, ECM, EDM, LBM, EBM, IBM, PBM, …

Klasifikacija obradnih strojeva ...

69

• …prema izvedbi:

1. pojedinačni strojevi

• konvencionalni univerzalni strojevi

• NC strojevi

• obradni centri

2. fleksibilne proizvodne strukture

• fleksibilne ćelije

• fleksibilni sustavi

• fleksibilne transfer linije

3. nefleksibilni strojevi i sustavi

• posebni strojevi

• transfer linije

Klasifikacija obradnih strojeva ...

70

10/7/2013

36

• …prema izvedbi:

Mala Velika

MaliVelik

Vis

ok

aN

iska

Nis

ka

Vis

ok

aF

leksib

iln

os

t

Pro

izvo

dn

ost

Asortiman

Veličina serije

Pojedinačni strojevi

Fleksibilne

proizvodne strukture

Nefleksibilni

strojevi i sustavi

Klasični

univerzalni

strojevi

NC strojevi

Obradni

centri

Ćelije

Sustavi

Transfer

linije

Posebni

strojevi

Transfer

linije

Klasifikacija obradnih strojeva ...

71

• …prema stupnju automatizacije:

Nesamostalni (ručnoupravljani) obradni stroj

Stavljanje Skidanje

sirovca izratka

Radnik

Radni ciklus

Upravlja radnik

Djelomično automatiziraniobradni stroj

Stavljanje Skidanje

sirovca izratka

Radnik

Radni ciklus

Upravlja radnik

Program

Upravlja program

Potpuno automatiziraniobradni stroj

StavljanjeSkidanje

sirovca izratka

Radnik

Radni ciklus

Program

Upravlja program

Periodična pažnja

Klasifikacija obradnih strojeva ...

72

djelomično automatizirani

nesamostalni strojevi

potpuno automatizirani

10/7/2013

37

• …prema načinu upravljanja:

1. ručno upravljani

2. mehaničko upravljani

• jednokrivuljno ili višekrivuljno

3. kopirno upravljani

• jednoosno i višeosno

4. granično upravljani

5. repetitivno upravljani

6. numeričko upravljani

• NC, DNC i CNC

7. adaptivno upravljani

Klasifikacija obradnih strojeva ...

73

• …informatička:

1. bez memorije (ne programibilni)

2. s krutom (mehaničkom) memorijom

3. s fleksibilnom memorijom (NC, CNC, …)

Klasifikacija obradnih strojeva ...

74

10/7/2013

38

• …evolucijska:

1. klasični obradni sustavi s ručnim upravljanjem

2. klasični obradni sustavi s krutom automatizacijom

3. obradni sustavi s NC, DNC i CNC upravljanjem

4. obradni sustavi s AC upravljanjem

5. fleksibilni obradni/proizvodni sustavi

6. visokobrzinski obradni sustavi s kinematikom štapnog

mehanizma

7. inteligentni obradni sustavi

8. rekonfigurabilni obradni sustavi s prilagodljivim hardverom

i softverom

Klasifikacija obradnih strojeva ...

75

76

PODJELA STROJEVA ZA OBRADU ODVAJANJEM ČESTICA PREMA

METODAMA OBRADE KOJE SE NA NJIMA OBAVLJAJU

STROJEVI REDOVITIH TEHNOLOŠKIH METODA OBRADE

Tokarilice

Bušilice

Glodalice

Blanjalice i dubilice

Strojevi za provlačenje (provlačilice)

Brusilice

Strojevi za finu (završnu) obradu – honanje, lepanje, superfiniš, poliranje

STROJEVI POSEBNIH TEHNOLOŠKIH METODA OBRADE

Strojevi za piljenje, odrezivanje i turpijanje

Strojevi za izradu navoja

Strojevi za izradu ozubljenja

Strojevi za izradu i doradu alata

Strojevi nekonvencionalnih obrada (obrada fizikalno-kemijskim postupcima)

Agregatni strojevi i postrojenja

10/7/2013

39

77

PODJELA STROJEVA ZA OBRADU ODVAJANJEM ČESTICA

(Tokarilice, Glodalice, Bušilice)

TOKARILICE

• univerzalne tokarilice,

• produkcijske tokarilice,

• čeone tokarilice

• specijalne tokarilice,

• precizne tokarilice,

• karusel tokarilice,

• kopirne tokarilice,

• revolverske tokarilice,

• poluautomatske tokarilice,

• automatske tokarilice,

• više vretene tokarilice,

• stanice za tokarenje,

• numeričke tokarilice (NC, CNC)

GLODALICE

• univerzalne,

• vertikalne,

• horizontalne,

• alatne,

• kopirne,

• dugohodne,

• glodalice za izradu zupčanika

• glodalice - bušilice,

• numeričko upravljane (NC, CNC)

BUŠILICE

• stolne,

• stupne,

• revolverske,

• redne,

• bušilice-glodalice,

• specijalne,

• radijalne,

• viševretenske,

• koordinatne,

• numeričko upravljane (NC, CNC),

• bušilice za duboko bušenje

78

PODJELA STROJEVA ZA OBRADU ODVAJANJEM ČESTICA

PREMA MAKROGEOMETRIJI OBRAĐENE POVRŠINE

- strojevi za obradu ravnih površina i uzdužno profiliranih površina,

- blanjalice, - brusilice,

- glodalice, - strojevi za lepanje,

- dubilice, - strojevi za nekonvencionalne obrade..

- strojevi za obradu rotacijskih površina i rotacijsko profiliranih unutrašnjih i

vanjskih površina,

- tokarilice, - brusilice,

- bušilice, - strojevi za honanje,

- glodalice, - strojevi za nekonvencionalne obrade.

- strojevi za obradu nerotacijskih zakrivljenih konkavnih i konveksnih površina,

- tokarilice, - brusilice,

- glodalice, - strojevi za nekonvencionalne obrade.

- blanjalice,

- specijalni konvencionalni strojevi za obradu navoja, zavojnica i ozubljenja,

- tokarilice, - brusilice,

- bušilice, - specijalni strojevi.

- glodalice,

10/7/2013

40

79

Proizvodnja obradnih strojeva u

Njemačkoj krajem prošlog stoljeća