Prvo-uvodno predavanje 2008-9

FSB Zagreb, Strojarstvo, Proizvodno inženjerstvo

OBRADNI STROJEVIPredavanja 2008/2009

Uvodno-prvo predavanje


1. CILJ I SADRŽAJ KOLEGIJA

2. NAČIN POLAGANJA

3. PREDUVJETI ZA USPJEŠNO SAVLADAVANJE GRADIVA

4. NC TEHNIKA KAO JEDAN OD ODGOVORA NA PITANJE KAKOPROIZVODITI BRŽE, KVALITETNIJE I JEFTINIJE

5. RAZVOJ A.S. I TEHNOLOGIJE O.O. DO POJAVE NC STROJEVAa) Što sve uvjetuje uspješnu primjena CNC strojevab) Razvoj strojevac) Razvoj alatad) Razvoj tehnologija

6. STANJE I TRENDOVI RAZVOJA STROJEVA I TEHNOLOGIJA O.O.

7. OSNOVE NC-a

SADRŽAJ I CILJEVI UVODNOG - PRVOG PREDAVANJA

OBRADNI SUSTAVVI - NC programiranjeUvodno - prvo predavanje


Uloga i mjesto NC tehnologija

ORGANIZACIJA

• CIM• TQM• JIT• lean prod.• fractal p.• itd.

POVEĆANJE KONKURETSKE SPOSOBNOSTI FIRME U DOMENI PROIZVODNJE

OPTIMIZACIJATEHNOLOGIJE

• Materijal alata• Geometrija

alata• Prevlake• SHIP

PRIMJENA NOVIH TEHNOLOGIJA

• Visokobrzinske obrade• Obrada otvrdnutih materijala • Suha obrada • Nadzor alata• Višeosno upravljanje

OBRADNI STROJEVIUvodno-prvo predavanje


Nacrti, CAD model, tolerancije, kvaliteta površine, program

Pripremak(Sirovac)

Izradak(Obrađeni dio)

A L A T N I S T R O J

O B R A D A K A L A T

SHIP

OBRADA ODVAJANJEM KAO SUSTAV



o 4/5 osni NU erozimati;o obrada kontura bez

profilnih alatao mjerenje trošenja alata

na strojuo primjena lasera za

obrade velikombrzinom

o Obrada vodenim mlazom

o Veće brzineo CBN brušenjeo Složenija primjena

osjetilne tehnikeo Ekscentrično brušenje

s X-osi visoketočnosti i dobredinamike

o Automatska izmjenabrusa

o Veće brzine obradeo Veća točnosto Manji broj alatao Modularnosto Obrada otvrdnutih

materijalao Integracijao HSC obrade

Nadzor obradnog procesa i obradnog stroja

Tokarenje, glodanje, bušenje, piljenje,

provlačenje

Brušenje, lepanje, honanje, ...

Nekonvencionalnistrojevi i postupci

Strojevi i postupciobrade alatima

definirane geometrijeoštrice

Strojevi i postupciobrade alatimanedefinirane

geometrije oštrice

Nekonvencionalnistrojevi i postupci

obrade

Trendovi razvitka obradnih strojeva i procesa (Weck)




Pokretači razvitka u proizvodnim tehnologijama

� Zahtjevi za većom produktivnošću

� Zahtjevi za kraćim vremenima obrade

� Zahtjevi za većim iskorištenjem alatnih strojeva

� Zahtjevi za stalnim povećanjem kvalitete obrade

� Zahtjevi očuvanja okoliša

� Novi, teže obradivi materijali obradaka


OBRADNI STROJEVI

Uvodno predavanje

Proizvodnja obradnih strojeva u svijetuu periodu 2001. – 2007.

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

mili

ona

US

$

Japan

Njemačka

Italija

Švicarska

USA

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

mili

ona

US

$ J. Koreja

Tajvan

Kina

Švicarska


OBRADNI STROJEVI

Uvodno predavanje

Proizvodnja obradnih strojeva u svijetuu periodu 2001. – 2007.

u Hrvatskoj

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008m

iliona

US

$

0

20

40

60

80

100

120

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

mili

ona U

S$


OBRADNI STROJEVI

Uvodno predavanje

“Potrošnja” obradnih strojeva u svijetuu periodu 2001. – 2007. 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

mili

ona

US

$

Japan

Njemačka

Italija

Švicarska

USA

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

mili

ona

US

$ J. Koreja

Tajvan

Kina

Švicarska


OBRADNI STROJEVI

Uvodno predavanje

“Potrošnja” obradnih strojeva u svijetuu periodu 2001. – 2007.

u Hrvatskoj

"POTROŠNJA" OBRADNIH STROJEVA

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

mili

ona

US

$

UKUPNO

"POTROŠNJA" OBRADNIH STROJEVA

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

mili

on

a U

S$

HRVATSKA


OBRADNI STROJEVI

Uvodno predavanje

“Potrošnja” obradnih strojeva “po glavi stanovnika” u svijetu,u periodu 2001. – 2007. 0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

120,00

140,00

160,00

180,00

200,00

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

US

$/st

anov

niku Japan

Njemačka

Italija

Švicarska

USA

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

120,00

140,00

160,00

180,00

200,00

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

US

$/st

anov

niku

J. Koreja

Tajvan

Kanada

Švicarska


OBRADNI STROJEVI

Uvodno predavanje

0

5

10

15

20

25

30

35

40

2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

US

$/st

anov

niku Brazil

Rusija

Indija

Kina

HRVATSKA

“Potrošnja” obradnih strojeva u “BRIK” i Hrvatskoj u periodu 2001 - 2007


Globalni trenovi u obradnim tehnologijama

Globalni trenovi u obradnim tehnologijama

OBRADNI STROJEVI

Uvodno predavanje


Trendovi razvitka obradnih strojeva i procesa

OBRADNI STROJEVI

Uvodno predavanje

POSTUPCI OBRADEVBO (HSM)"TVRDE" OBRADE (HARD MACHINING)SUHE OBRADE (DRY MACHINING)OBRADE S MIN. PRIMJENOM SHIP-a (MQL)LASERSKE OBRADEMICRO OBRADEVISOKOUČINSKE OBRADENEKONVENCIONALNE OBRADERP i RM

ALATNI STROJEVIAUTOMATIZACIJAFLEKSIBILNOSTINTEGRACIJA"INTELIGENCIJA"VIŠEOSNOSTRAZVOJ KOMPONENTI


Trendovi razvitka obradnih strojeva i procesa

OBRADNI STROJEVI

Uvodno predavanje

REZNI ALATIMATERIJALIPREVLAKEGEOMETRIJEPRIHVATI

MATERIJALI OBRADAKATi i Ti-legureKOMPOZITNI MATERIJALIKERAMIKE

UPRAVLJANJEMONITORINGACAIAUTONOMNOST


Razvoj, projektiranje i konstrukcija

Pripremarada

Sklapanje (montaža)

CAD/CAM

NC obrada

Gruba ZavršnaRučnedorade

UŠTEDA VREMENA(~40%)

HSC Kvaliteta

HSC

Nove tehnologije, HSC



Troškovi alata4%

Ostali troškovi

80%

Troškovi SHIP-a16%

TROŠKOVI TROŠKOVI PROIZVODNJE KOD PRIMJENE SHIP-a(Mercedes Benz, Stuttgart)

DRY MACHINING



HARD machining

WJM – Water Jet Machining – Obrada vodenim mlazoma

AWJM – Abrasive Water Jet Machining – Obrada abrazivnim vodenim mlazoma

MIKRO I NANO OBRADE

OBRADE LASEROM

POSTUPCI BRZE IZRADE PROTOTIPA



Materijali i prevlake reznih alata

Žilavost, čvrstoća

Otp

orn

ost

na

tro

šen

je,

Brz

ina

reza

nja

,Č

vrst

oć

a i t

vrd

oć

a n

a p

ov.

tem

p.

Sitnozrnatitvrdi metal

Prevučenitvrdi metal

Tvrdi metal nabazi WC

Cermet

PCD

CBN

Vlaknima ojačana

keramika

Nitridnakeramika

Si3N4

Oksidnakeramika

Al2O3

Brzorezni čelici

TiN - oslojeni brzorezni čelici

Idealni reznimaterijal



Materijali reznih alata (reznog dijela alata)

• Alatni čelici: 0,6-1,5% C; brzina ~10m/min; temp. izdr. 300°°°°C

• Brzorezni čelici: legirani s Cr, W, Co, V i Mo; brzina 30-40m/min; 600°°°°C

• Tvrdi metal: sinteriran od tvrdih metalnih karbida (W, Ti, Ta) i veziva; višedjelan (drška od konstrukcijskog čelika);

• Prevučeni tvrdi metali: TiN, Al2O3,, TiCN, ... CVD i PVD postupci prevlačenja

• Sitno-zrnati tvrdi metali

• Keramike: oksidna na bazi Al2O3 i nitridna Si3Ni4; ojačana vlaknima

• CBN – kubni nitrid bora

• PCD – polikristalni dijamant

OBRADNI STROJEVI

Uvodno predavanje


[1] MIT = Massachusetts Institute of Technology


Značaj obradnih strojeva

Alatni strojevi – strojevi koji su u stanju proizvoditi

� druge strojeve i komponente i

� sami sebe.

Alatni strojevi – strojevi koji su u stanju proizvoditi

� druge strojeve i komponente i

� sami sebe.


Povijest koja je utjecala na razvoj numeričkog upravljanja

1650. Nizozemska - sustavi za automatsko zvonjenje zvonima

1700. Engleska - upotreba bušene kartice za upravljanje strojevima za pletenje1800. Jacquard razvio stroj za pletenje i tkanje upravljan bušenom vrpcom

1800. Charles Babbage konstruirao prvi digitalni kompjutor (nije bio nikad izveden)

1863. M.Fourneaux patentirao prvi automatski pijanino

1870. Eli Whitney uvodi proizvodnju zamjenljivih dijelova (upotreba naprava i stega) 1940. Uvode se hidraulika, pneumatika i elektrika za automatsko upravljanje strojem1945. Mauchly i Eckert razvijaju prvi digitalni elektronički kompjutor ENIAC

1948. Inicijativa za razvoj numerički upravl¸janih alatnih strojeva, zadatak MIT-a[1]

1952. MIT- numerički upravljana glodalica-bušilica (veritkalnoj glodalici bušilici Hydrotool.

1957. Prva svjetska instalacija numerički upravljanog alatnog stroja

1959. Razvoj automatskog programiranja i programskog jezika APT

[1] MIT = Massachusetts Institute of Technology


Razvoj numeričkog upravljanja


1948-52 US Air Force (Zrakoplovstvo SAD-a) je

pokrenulo projekt razvitka alatnog stroja koji bi bio

sposoban u zahtjevanoj točnosti obrađivati složene

dijelove za avionsku industriju (osigurati zamjenjivost

dijelova). Projekt je rađen na MIT (Massachusets

Instiute of Technology) pod vodstvom Johna Parsonsa.

Povijesni razvitak NC strojeva




Prvi NC stroj



John T. Parsons


1959 - MIT je objavio razvitak prvog jezika za

programiranje NC strojeva. Jezik je nazvan

APT - Automatic Programmed Tools.

1960 – Direktno numeričko upravljanje – DNU

(Direct Numerical Control -DNC). Omogućeno je

izravno slanje programa iz DNC računala u UR

CNC stroja (bušena vrpca nije nužna).

Povijesni razvitak NC strojeva - nastavak



1968 – u firmi Kearney & Trecker izrađen 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 CAM CAD/sustava. Javljaju se CAD/CAM sustavi za OS Unix i za PC.




1990-te – veliki pad cijena u CNC tehnologiji

1997 – pojava upravljačkih računala (UR) zasnovanih na otvorenoj arhitekturi (PC- Windows/NT based “Open Modular Architecture Control (OMAC)” systems).




OBRADNI STROJEVI Uvodno-prvo predavanje

Razine NC-a

Distributed Numerical ControlDNC

Intelligent Manufacturin SystemIMS

Biological Manufacturing SystemBMS

Computer Integrated ManufacturingCIM

Flexible Manufacturing CellFlexible Manufacturing Island

Flexible Manufacturing System

FMCFMI

FMS

FM

Adaptive Control ConstraintAdaptive Control with Optimization

ACCACO

AC

Computer Numeric ControlCNC

Direct Numerical ControlDNC

Numerical ControlNC


DNC – Direct Numerical ControlDNC – Distributed Numerical Control


EIA definicije (opisi) DNC-a

� Sustav koji povezuje više numerički upravljanih strojeva na zajedničku programoteku (moguće i datoteke alata, naprava i sl.) s mogućnošću distribucije tih podataka prema zahtjevu UR.(“A system connecting a set of numerically controlled machines to a common memory for part program or machine program storage with provision for on-demand distribution of data to machines.”)

� Kod DNC sustava je više numerički upravljanih strojeva izravno upravljano računalom, čime se značajno smanjuju HW zahtjevi UR pojedinih strojeva. Program se iz memorije DNC računala izravno "prebacuje" (file transfer bez čitača vrpce i slično) u memoriju UR.(In DNC, several NC machines are directly controlled by a computer, eliminating substantial hardware from the individual controller of each machine tool. The part-program is downloaded to the machines directly (thus omitting the tape reader) from the computer memory.)



DNC sustav

Središnje

računalo

NC

Programi i ...Mreža

Alatnistrojevi

DNC sustav



ACC - Adaptive Control ConstraintACO - Adaptive Control with Optimization

Posmak

Izlaz

Posmak s AC upravljanjem

Programirani posmak

Zaštitaalata

Zaštitaalata

Ulaz



AC

Pustiti primjere OMATIVE.


Prilagodljivost obradnih sustava (proizvodnje)(Flexible Manufacturing)


FMC - Flexible Manufacturing Cell

FMI - Flexible Manufacturing Island

FMS - Flexible Manufacturing System


Integracija obradnih sustava (proizvodnje)

OBRADNI SUSTAVIUvodno-prvo predavanje

CIM - Computer Integrated Manufacturing



Alatni strojevi i sustavi - "proizvode" druge i sebe

Pogodni za pregled razvoja općenito.

Faze u razvoju obradnih sustava:˚ Mehanizacija˚ Automatizacija˚ Prilagodljivost˚ Integracija˚ Inteligencija

Faze u razvoju obradnih sustava



NC alatni stroj - Prekretnica u upravljanju i automatizaciji

Razina automatizacije: visoka i prilagodljiva (fleksibilna)

NC mogućnosti i zahtjevi utječu na sve aktivnosti povezane s AS i obradama

Razvitak NC tehnologije: zadaci M&D AS i procesa postepeno postaju"posao" UR NC AS

Problem: "zamjena" čovjekovih osjeta, iskustva i zaključivanja, odgovarajućimHW i SW, pokazala se složenijom od očekivanja.

To je jedan od najzahtjevnijih i najvažnijih istraživakih zadatka budućih obradnihsustava.



Značajke današnjih proizvodnih sustava su:

• automatizacija• prilagodljivost

rad bez čovjeka(autonomnost)

• integracija• “inteligencija”



“Inteligencija” kod tehničkih sustava ?

“Inteligentni” alatni strojevi

Prema Moriwakiju, inteligentni alatni strojevi su oni strojevi koji rade na temelju samostalnog donošenja odluka ("self decision making"), a konvencionalni rade prema unaprijed definiranim naredbama ("predetermined commands").



Pored povratne sprege osjetila (dio adaptivno upravljanih strojeva koji rade s unaprijed zadanim naredbama), inteligentni strojevi su sposobni:

• koristiti iskustva i "konw how" akumuliran kroz prošleoperacije,

• stjecati znanje učenjem i

• prevladati dvosmislene ulaze.



Na temelju pozitivnih učinaka ostvarenih dosadašnjim proizvodnimkoncepcijama (JIT, TQM, LEAN production, ...), razvila su se su dvarazličita pristupa utvđivanju nove paradigme proizvodnje:

• pogodan za određenije (definiranije) proizvode, okoliš, komunikacije i predvidljive promjene, a može se opisati kao integrirana proizvodnja, i

• pogodan za proizvode veće promjenjivosti, nestabilnu i nepredvidljivuokolinu, koji se može opisati kao kooperativna proizvodnja.

Ni u jednom pristupu neće biti potreba za osobljem nižeg i srednjegobrazovanja. Integrirana proizvodnja tražit će specijaliste, dok ćekooperativna proizvodnja trebati kadrove dobre opće naobrazbe. Stalno doškolovanje s ciljem stjecanja novih znanja i vještina je

imperativ za oba pristupa (Buzacott).



Prema dosadašnjim rezultatima NGM (Next GeneartionManufacturing) ključni faktori koji oblikuju uvjete tržišneutakmice 21. stoljeća i postoje neovisno o djelovanju bilokoje pojedinačne kompanije ili nacije su:

• Svekolika dostupnost i distribucija informacija

• Ubrzani ritam promjena u tehnologijama

• Brzo širenje dostupnosti tehnologija

• Globalizacija promjena u plaćama i stručnosti

• Odgovornost za okoliš i ograničeni prirodni resursi

• Veća očekivanja i zahtijevi potrošača.


Lester C. Thurow-a: The Future of Capitalism

“Sutrašnji pobjednici bitno će se razlikovati od današnjih”.

Nacionalni centar za proizvodne zanosti USA (NCMS - National Center for Manufacturing Sciences):

“U kompaniji budućnosti znanje će postati najvažnijaimovina i to će biti najveća promjena u gospodarstvu koju mi

poznamo.”






Fleksibilna obradna ćelija(Flexible Manufacturing Cell)



Fleksibilni obradni sustav(Flexible Manufacturing System)





Proizvodnja avionskih krila i propelera u BOEING-u(oko 1922. godine)



Montaža BOEING-a 777 u Everett-u, država Washington


OBRADNI STROJEVIUvodno - prvo predavanje

Zastupljenost serija u diskretnoj proizvodnji

17

26

1416

5

14

8

0

5

10

15

20

25

30

(1 – 5) (6 – 20) (21–100) (101–200) (201–500) (501–1000) (>1000)

broj obradaka u seriji

uč

esta

lost

ser

ije ,

%

Raspodjela veličina serija u strojogradnji Velike Britanije



Zauzetost kod klasičnih strojeva

95,0%

3,5% 1,5%

čekanje sirovaca ikretanje između strojeva

odvajanje česticaneproizvodni radzauzetog stroja

Zauzetost klasičnih strojeva



Suvremena proizvodnja

Obilježja suvremenog tržišta:

• 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







Obilježja suvremenih proizvodnih sustava:

• velika fleksibilnost i mogućnost brze reakcije na zahtjeve tržišta

• visoki stupanj iskorištenja radnog vremena

• smanjenje proizvodnih troškova (rentabilnost)

• održavanje kvalitete proizvoda uz minimalni otpad

• autonoman rad




Obilježja suvremene proizvodnje:

• smanjenje vremena protoka proizvoda kroz proizvodni proces

• skraćivanje roka izrade proizvoda - RM

• povećanje proizvodnosti

• smanjenje obrtnih sredstava za poluproizvode i sirovce

• pouzdanije planiranje proizvodnje - JIT proizvodnja

• smanjenje troškova održavanja

• smanjenje potrebnog proizvodnog prostora

• poboljšanje uslova rada radnika

• proizvodnja koja ne šteti okolišu



Literatura

Predavanja i vježbe

TC. Chang, R. Whysk, HP. Wang: Computer-Aided Manufacturing, Prentice Hall, 2005

Altintas, Y.: Manufacturing Automation, Cambridge University Press, Cambridge 2000.

R. Cebalo, D. Ciglar, A. StojićObradni sustavi, Vedograf, Zagreb 2005.



Principi NC-a



Shematski prikaz realizacije NC-osi


motorspojka

zupčastiremen

mjernaletva

klizač

kotrljajućavodilica

mjeračokretaja

kuglično navojnovreteno i matica


Shematski prikaz realizacije NC-osi



Položaj linearnog i rotacijskog enkodera



Upravljanjepozicijom

Upravljanjebrzinom

Osnovna razlika kod primjene linearnih mjernih sustava i rotacijskih mjernih sustava (enkodera)

(Linerani mjerni susatvi u povratnu petlju uključuju i posmični prigon)

Razlika primjene lineranih i rotacijskih mjernih sustava



Kuglično navojno vreteno i matica



Upravljanje NC-osi

X - soll

Regulator položaja

Posmični motor s tahogeneratorom

X -ist

Vodilice stroja s mjernim susatvom

ili enkoderom

Struja -ist

n – ist (analog)

Struja -ist

n – ist (analog)

X - ist

Upravljanje

Strujasoll

n- soll analog

Pojačalo prigona Stroj

X - soll

Regulator položaja


X -ist


ili enkoderom

Struja -ist

n – ist (analog)

Struja -ist

n – ist (analog)

X - ist

Upravljanje

Strujasoll

n- soll analog


X - soll

Regulator položaja


X -ist


ili enkoderom

Struja -ist

n – ist (analog)

Struja -ist

n – ist (analog)

X - ist

Upravljanje

Strujasoll

n- soll analog




Elementi servo sustava

Pojačalo snage

Struja

Glavnoračunalo

MOTORPozicija

Regulator gibanja (osi)

Povratna sprega pozicije

Naredba gibanja

Senzor pozicije

Naredba pozicije


Elementi u povratnoj sprezi brzine

Naredba brzine

Pojačalo brzine

Povratna sprega pozicije

Povratna sprega struje

MOTOR

Pojačalo strujeNaredba

struje

Tahometar



Elementi u povratnoj sprezi brzine

Documents

Prvo-uvodno predavanje 2008-9