OBRADNI STROJEVI I OBRADNI SUSTAVIProf. CiglarLiteratura: Obradni sustavi – R.Cebalo, D. Ciglar, A. Stoić, Zagreb 2005.

(Ova predavanja su prepisana iz bilježnice, pa postoji mogućnost neke pogreške ili krivog tumačenja. Neke slike su uzete iz knjige „Obradni sustavi“, dok su ostale crtane kao shematski prikaz. Sastavili: Bedić, Jambrak, Križan, Medven, Ribarić)

PREDAVANJA

Def.: Alatni stroj – strojevi koji mogu izrađivati sami sebe. Obradni sustav – alatni stroj, rezni alat, obradak

Gibanja – Rotacijsko (kružno) kontinuirana, diskontinuirana – Translacijsko (pravocrtno)

glavno gibanje – stvara se odvojena čestica, najveći dio energije troši to gibanje (Vc=Dπn)pomoćno gibanje – posmično (Vf ) kontinuitet obrade odvajanjem čestice – dostavno (ap) dubina rezanja, primicanje, odmicanje, gibanje izvan obradeObradom na alatnom stroju (AS) ostvaruje se: - zadani oblik izratka - potrebna točnost dimenzija i oblika - potrebna hrapavost obrađene površine - dobra kakvoća površinskog sloja

Podjela alatnih strojeva Prema postupku obrade odvojene čestice (OOČ):

- tokarenje- glodanje- bušenje- piljenje postupci s reznim alatom s geometrijski određenom oštricom- blanjanje- provlačenje- brušenje- superfiniš postupci s reznim alatom s geometrijski neodređenom oštricom- honanje- lepanje- EDM obrada- ECM obrada bez oštrice- obrada laserom- obrada VM

Prema dimenziji:- laki AS – obrada sirovca manjih dimenzija- srednji AS – najčešća primjena – srednje dimenzije sirovca- teški AS – obradak sirovca najvećih dimenzija i masa, velika instalirana snaga strojaPrecizni AS - kruta konstrukcija stroja - povećana je preciznost kod obrade sirovcaNormalna izvedba AS

Prema načinu upravljanja:Ručno upravljani strojevi - operater rukama i očima preslikava izradak na sirovac - operater mora dobro poznavati mogućnost stroja, gibanja i geometriju alata - vještina i sposobnost operatera su bitni kod izrade djelova

Automatski upravljani strojevi - program (geometrijski i tehnološki podaci) - kruto upravljani - šablone - graničnici - krivulje - fleksibilno upravljani - krivuljna upravljanja - numeričko računalo

Prema vrsti proizvodnje:- univerzalni - za maloserijsku proizvodnju - velika je fleksibilnost i mala proizvodnost- posebni - za serijsku proizvodnju djelova koji zahtjevaju posebnu obradu (zupčanici, vagonski kotači,...)- specijalni - za velikoserijsku ili masovnu proizvodnju sasvim određenih dijelova - modulna gradnja - velika proizvodnost, ali mala fleksibilnost

Prema tehnološkom postupku:

Prema konstrukcijskom rješenju posmičnog kinematskog lanca:- AS sa serijskom (otvorenom) kinematičkom strukturom - jedna posmična os je postavljena na drugu- AS sa paralelnom (zatvorenom) kinematičkom strukture - štapovi promjenjive dužine (3 translacije i 3 rotacije - 6SSG, PKS/HEXAPOD)

Sklopovi AS- prigon za glavno gibanje- prigon za pomoćno gibanje- postolje za prihvat vodilica i ostalih sklopova

Prigon za glavno gibanje glavno rotacijsko gibanje (Vc – brzina rezanja, stvara se odvojena čestica)

mora omogućiti glavno gibanje na alatnom stroju kojim se formira odvojena česticamora omogućiti primjenu vrijednosti gibanja

stupnjevano mjenjanje brzine vrtnjeσn = nmax/nmin ~ 350 o/min

n – učestalost vrtnje

n1 n2 n3 n4 nz

n1, n2, n3, n4 – članovi geomerijskog niza decimalnih brojeva φ – faktor stupnjevanja R20 φ =

kontinuirano (bezstepeno) mjenjanje vrtnje

nmin nmax

Prijenosnici za geometrijsko stupnjevanje: Stupnjevanjem remenice Zupčanički prijenosnici (dvoparni, troparni sklopovi zupčanika) mehanički prijenosnik Asinhroni motor – 750, 1500, 3000 min-1 (jednobrzinski, dvobrzinski)

Kontinuirana promjena učestalosti vrtnje:– moguće postići bilo koji n (od nmin do nmax)– moguća promjena brzine u radu– promjena učestalosti vrtnje za vrijeme rada AS– moguće ostvariti optimalnu brzinu rezanja– bolja kvaliteta obrade uz konstantnu brzinu rezanja

Prijenosnici za kontinuiranu promjenu učestalosti vrtnje: mehanički - remenski - lančan hidraulični (hidromotori, hidropumpe) električni - istosmjerni kolektorski motor (DC) - asinhroni kavezni motor(AC)

Mehanički prijenosnik– stupnjevane remenice

– zupčanički prijenosnici (z ≤ 100)a) prijenosnik s pomičnim blokom zupčanikab) prijenosnik s spojkomc) prijenosnik s izmjenjivim zupčanicima

Prigon glavnog vretena sa zupčaničkim prijenosnikom:

Prigon glavnog vretena sa numeričkim upravljanjem:– direktan prigon GV

Motorvreteno:– rotor EM je ujedno i GV

služe za velike učestalosti vrtnje (18000 min-1), VBO (visokobrzinska obrada) kompaktna izvedba, visoka preciznost, jednostavna ugradnja nepovoljno toplinsko djelovanje, potrebno hlađenje motorvretena AC ili DC

Prigon za pomoćno gibanje: translacijsko gibanje - pile, provlakače, blanjalice (dugohodne, kratkohodne) njihalo ili kulisa - uređaj za pretvaranje rotacije u translaciju zupčanik i zupčanička letva, pužni vijak, pužna letva

hidraulični cilindar - tlak [Pa]

- protok Q = VA [m3/s] - snaga P = FV = pQ [W]

Sklop glavnog vretena

glavno rotacijsko gibanje – GV je sklop alatnog stroja koji ostvaruje glavno rotacijsko gibanje (Vc=Dπn)glavno vreteno – tokarilice – glodalice – bušilice – brusilice

Krutost glavnog vretena:

C - krutost glavnog vretenaF - sila na glavi glavnog vretenaf - progib glave glavnog vretena [f = progib ležaja (fl) + progib vretena (fv)]

progib glavnog vretena utječe na točnost alatnog stroja C = 150 N/μm - produkcioni AS

C = 300 N/μm - precizni AS

Ležajevi za uleženje glavnog vretena:o Kotrljajući - kuglice - valjčići - igliceo Klizni - hidrodinamski – usljed rotacije vrtnje stvara se uljni film – u početku rotacije je suho trenje (mješovito, tekuće) – stariji strojevi, veliko prigušenje, miran rad – kritični trenuci pokretanja i zaustavljanja GV - hidrostatski – u kućištu glavnog vretena postoje uljne kade ili džepovi – ulje pod pritiskom preko uljnih kada prije početka rotacije odvoji glavno vreteno od kućišta glavnog vretena (pliva u ulju - tekuće trenje), malo početno trenje i s vremenom raste – velika krutost, velika preciznost vođenja glavnog vretena, jeftino održavanje, trajni su – primjena kod velikih strojeva – nedostaci – trenje u ulju, veliko zagrijavanje - aerostatski – umjesto ulja koristi se zrak – primjena kod visokobrzinskih strojeva manjih snaga – princip rada sličan hidrostatskom, zrak pod pritiskom prije rotacije odvoji glavno vreteno od kućišta glavnog retena (plivanje GV u zračnom prostoru)o Magnetski – skupa elektronika – namoti magneta, osjetnik položaja – magnetsko uležištenje za vrtnje preko 50000 min-1 (glodalica) – dugotrajnost, nema trošenja – elektronika – osjetnici (senzori) mjere magnetsko polje i mjenjaju ga tako da je zračnost između GV i kućišta GV konstantna

Kotrljajuće uležištenje GV

Predopterećenje ležaja: - A-malo - B-srednje - C-veliko - G-određena vrijednostSile predopterećenja mora biti takvo, da se kod valjnog opterećenja silama rezanja ne pojavi zračnost u ležajevima, veća je krutost i kružna točnost sustava GV.

kuglični ležaj s kosim dodirom aksijalno-radijalni ležaj

kut dodira – α = 15o - oznaka CD

– α = 25o - oznaka ACD (najveće aksijalno opterećenje) – α = 12o - oznaka CC

učestalost vrtnje krutost

veliki srednji

mali

serija 719 serija 70 serija 72 719 CD 70 CD 72 CD 719 ACD 70 ACD 72 ACD 70 CC

najčešća primjena radijalno-aksijalnihSerije imaju isti unutarnji promjer (osovine), a razlika je u veličini kuglice, odnosno u vanjskom promjeru.

Karakteristika kugličnih ležaja:– „O“ ugradnja (leđa u leđa)– „X“ ugradnja (lice u lice)– tandem ugradnja

Podmazivanje kotrljajućih ležaja:– mašću – vrsta masti, količina masti, trajnost masti– uljem – (vrsta, količina, masti) – optočno – kapanjem – uljnom maglom, ubrizgavanjem

Svrha: smanjiti trenje i povećati trajnost ležaja (20000h)

- hibridni ležajevi – specijalni ležajevi s kosim dodirom s keramičkom kuglicom (Si3N4) kvalitetniji s glatkom površinom dimenzijska točnost tvrdoća 2.5 puta veća od čelične kemijska inertnost velika krutost veći modul elastičnosti niža specifična masa manji toplinski koeficjent, 80% manji koeficijent trenja Primjena: visokobrzinska vretena – motorvretena, kod radijalnog i aksijalnog opterećenja

učestalostvrtnje - keramička

- čelična

krutost

Sklopovi ASPrigon za pomoćno gibanje

– posmično– dostavno

najčešće translacijsko gibanje (pravocrtno) – rotacijsko gibanje

mora omogućiti gibanje na alatnom stroju kojim se osigurava stalnost (kontinuitet) procesa obrade odvajanjem čestica

mora omogućiti gibanja potrebna za primicanje i odmicanje te zauzimanje dubine rezanja (gibanja izvan obrade)

mora omogućiti promjenu vrijednosti pomoćnog gibanja

Vf – posmična brzina [m/min]

Vf = f · nf – posmak [mm] tokarenjen – učestalost vrtnje [min-1]

Vf = f · n = fz · Z · n fz – posmak po zubu glodanjeZ – broj zubin – učestalost vrtnje

posmični prigoni su manjih snaga od glavnih proigonaPosmično gibanje

stupnjevito Vf1 Vf2 Vf3 Vfn

kontinuirano Vf min Vf max

EM mehanički zupčanici (prijenosnik) uređaj za promjenu smjera gibsnja uređaj za pretvaranje rotacije u translaciju

- pomični blok zupčanika - ciklični/stožni zupčanici - TNV + dvodjelna matica - norton prijenosnik s spojkom - zupčanik i zupčanička letva - pužni vijak i pužna letva

TNV Vf1 Vf2 Vf3 Vfn

glavno vreteno

- hod od 6m do 8m - promjeri vretena: 16, 20, 25, 32, 40, 50, 60 - uspon vretena: 3, 6, 12, 24

ručni trapezno pomak navojno dvodjelna vreteno matica (nema zračnosti) (TNV)

Posmični prigon za pravocrtno gibanje kod numerički upravljanih strojeva

Kibernetski krugservo motor nosač alata ili

programirana (AC/DC manje obradka (kuglično mjernivrijednost uspoređivač snage) navojno vreteno i sustav

dvodjelna matica)

mjerena vrijednost

stol AC/DC motor posmično gibanje Vf min Vf max

kuglično navojno vreteno

dvodjelna matica mjerni sustav

upravljačko računalo signal povratne sprege

Prijenosnici za kontinuiranu promjenu učestalosti vrtnje:– električni AC, DC motori

Posmični prigon za pravocrtno gibanje, pomoćno gibanje– hidraulični prijenosnik otvorenog toka– linarni motor SLIKA

kotrljajuće stator linearnog motora

vodilice

magnetska traka rotora

servomotor s razvijenim statorom bezkontaktne magnetske sile vrlo skupa izvedba primjena za visokobrzinske AS visokodinamički, visokoprecizni, pogodni za duge hodove, jednostavna montaža i održavanje,

smanjena buka i vibracije

– zupčasti remen

– torque motor – vanjski momentni motor, vrlo krut sustav – vrlo brzi i imaju velike momente (100-750 m/min; ≤ 4500Nm) – za dinamička rotacijska gibanja (magazin alata, izmjenjivač paleta, rotacijski stolovi, zakretne glave)

Postolje za prihvat vodilica i ostalih sklopova AS

Funkcija postolja: prihvat ostalih nepokretnih i pokretnih AS prihvat opterećenja (sila, moment) njihov prijenos na temelj AS

Oblici postolja: temeljna ploča – kod bušilica i glodalica, za prihvat stupa može se koristiti kao rezervoar za SHIP krevet – kod tokarilica, za prihvat suporta i konjića, kosa izvedba – odvođenje odvojene čestice stupovi – okrugli ili prizmatični, kod bušilica poprečna greda – kod portalne izvedbe AS, povezuje dva stupa, daje krutost stroju, za prihvat vreteništa

glodaćih glava konzol – kod radijalnih bušilica, za prihvat vreteništa

Izvedba postolja:o ljevana – sivi lijev – skup je kalup, za serijsku proizvodnju AS – sivi lijev zbog grafitaima smanjen koeficjent trenja – poslje ljevanja obvezno žarenje i starenje, pjesak može ostati u šupljinama

– mineralni lijev – kompozit od plastične mase i kamena, potrebna je drvena jezgra i kalup – manja specifična masa, stroj je lakši i bolje prigušuje vibracije (10X) – sporiji prijenos topline, manje linearno istezanje – veći modul elastičnosti (veća krutost) – materijal budućnosti, primjena za skupe VB ASo zavarena – čelična izvedba za pojedinačna postolja prototip ili specijalni AS, postolje zavarivanja obvezno žariti, čelični limovi

Vodilice za vođenje i nošenje ASZadaća – povezivanje nepokretnih i pokretnih djelova AS, jedan stupanj slobode gibanja

pokretni dio

učvršćenje vođenje nošenje

nepokretni dio

Vodilice: klizne

- hidrodinamske – suho trenje, polusuho trenje, tekuće trenje (stribeck krivulja) – oblici: okrugle, plosnate, prizmatične, klinaste (lastin rep) – podešavanje zračnosti – klin za podešavanje zračnosti

- hidrostatske – klizač pliva po uljnom filmu-tekuće trenje – kod većih strojeva – uljni džepovi ili kade – visoka trajnost, nema trošenja elemenata – prije gibanja se diže klizač od postolja kotrljajuće – trenje kotrljanja je manje od klizanja – manja masa od kliznih – tračnice, klizač, kotrljajuća tijela (kuglice, valjčići, iglice) – omogućeno je brže pozicioniranje – brza i jednostavna ugradnja – gotovi kupovni elementi

klizačkrajnja ploča

tračnica brisač

kotrljajuća tijela

kavez za kuglice

Proizvod – funkcionalnost – tehnologičnost – trajnost – estetičnost – recikličnost – optimalnost

Nove mogućnosti u razvitku AS i obradnih sustava:– usavršavanje numeričkog upravljanja– automatiziran način rada uz minimalno učešće operatera– automatska izmjena alata– automatska izmjena obratka i pribora– automatsko manipuliranje i transport alata, obratka i pribora– koncentracija i poeracija u jednom stezanju sirovca– nadzor nad istrošenom i lomom oštrice alata– automatska kompenzacija istrošenja oštrice alata– pranje, sučenje i hlađenje obratka– automatsko mjenjanje izmjena obratka– čišćenje i odvođenje odvojenih čestica– optimiranje režima obrade– simulacija tehnološkog procesa– identifikacija raznih stanja u procesu obrade– kontrola temperature glavnog vretena– dijagnosticiranje i signaliziranje smetnji u radu– precizno održavanje i samoodržavanje– povećanje snage i frekvencije vrtnje glavnog vretena (VBO)– gradnja na principu paralelne kinematičke strukture– AUTONOMNOST

Numerički upravljani alatni stroj: računalni upravljani alatni stroj – CNC geometrijski i tehnološki podaci se zadaju preko programa program se upisuje u upravljačku jedinicu AS obrada se vrši po programu samostojeći stroj pojedinačna ili maloserijska proizvodnja ručno intenzivno posluživanje

Obradni centar: AIA (automatska izmjena alata) i spremište A (alata) višestranična obrada samostojeći stroj

mala i srednje serijska proizvodnja često mjenjanje asortimana višestranična i višeoperacijska obrada u jednom stezanju obratka

Fleksibilna obradna ćelija (foć):o AIO (automatska izmjena obradka) i spremište O (obratka)o pranje, sušenje i hlađenje obratkao integrirani mjerni sustav za obradako nadzor alatao glavno računaloo samostojeći strojo srednje serijska proizvodnjao automatiziran rad u više smjena

Fleksibilni obradni sustav (fos): višestrojni koncept transportni sustav obradka automatska obrada vođenja vodećim računalom sustav više strojeva neovisnost o veličini serije autonoman rad u tri smjene samozapošljavanje, samoorganiziranje sustava fleksibilna automatizacija

Obradni centarNU (numerički upravljan) stroj + AIA- međudimenzionalna točnost izratka, skraćeno je vrijeme izrade dijelova

tokarski obradni centar glodaći obradni centar brusni obradni centar

Tokarski obradni centar

Obradak NU C-os

mirujući + pogonjeni alati AIA – revolverska glava

TOC + NUT + AIA NUT + AIA

mirujuće alate pogonjene alate mirujući alat

revolverska glava – TOC mirujući alati (tokarski noževi)

- obradak rotira – glavno gibanje

X – promjer obratka Z – dužina obratka alat ima posmično gibanje (X i Z)

pogonjeni alati - svi alati rotiraju i imaju glavno gibanje (glodala, svrdla, brusne ploče)- obradak miruje ili ima C-os- glavno gibanje je rotacija alata- alat ima posmično gibanje (X,Y,Z)

TOC – elementarne površine za obradu:

- mirujući i pogonjeni alati

OC – glodaći obradni centar

spremište alata manipulator za izmjenualata

pogonjeni alatiglavno vreteno

- osi 3D – 5D- AIO – najčešće pomoću manipulatora (TOC) i poletnih sustava (GOC)

Fleksibilni obradni sustav s pravocrtnim spremištem paleta

- sustav od 2 ili više stroja NU upravljanjem

1. obradni modul2. dvopaletna stanica za čekanje3. uređaj za pranje, sušenje i hlađenje

dijelova4. mjerni uređaj za djelove5. jednopaletna stanica6. dvopaletna pravocrtna spremišta paleta7. dvopaletna tračna robokolica8. stanica za ulaganje sirovca i dopuštenje

izratka s palete9. spremište sirovca10. spremište izradaka11. prednamještanje reznog alata12. spremište prednamještenog reznog alata

Fleksibilni obradni sustav s kružnim spremištem paketa:

SLIKA

Neprilagodljivi proizvodni sustavi (transfer linija i rotofer linija):

Karakteristike: automatizirana obrada u velikoserijskoj proizvodnji visoka je proizvodnost sustava malen asortiman i niska fleksibilnost sustava grade se modularno od pravocrtno ili kružno povezanih standardiziranih obradnih jedinki broj obradnih jedinki može biti neograničen kod transfer linije i mogu biti zastupljene sve obradne

operacije dodatne operacije sustava mogu biti operacija kontrole i operacija montaže sirovci su istih dimenzija i oblika sirovac se centrira i steže na specijalnu paletu, pomoću koje se automatski prebacuju s jedne poeracije na

sljedeću – taktno takt određuje operacija koja vramenski najdulje traje taktnim prolaskom kroz transfer liniju sirovac je u potpunosti obrađen povratnim transporterom palete se vraćaju na početak linije

- grade se modularno od standardiziranih obradnih jedinki za različite vrste operacija

Transfer linijasirovac

standardizirane jedinke

taktno pomicanje komada

Rotofer linija

Glodaći obradni centar – GOC

AIA se odnosi na izmjenu pojedinačnih alata između spremišta i prihvata alata naalatnom stroju.

pretpostavke: – adekvatni držaći alata (ISO-Sk, HSK)– prednamještanje alata– spremište alata– automatsko stezanje držača alata u GV– manipulator za izmjenu alata– NU alatnim strojem– kodiranje alata: adekvatni prihvat za polugu izmjenjivača alata, detekcija brzine i istrošenje rezne

oštrice alata

Osnovni držaći alata za glodanje:ISO-Sk držać alata

GVISO 7388/1

dimenzija konusa držaća 7:24 velika masa držača i velika je dužina konusa aksijalna točnost sustava ovisi o aksijalnoj sili stezanja

alata smanjena ja radijalna i aksijalna točnost sustava

kod većih učestalosti vrtnje nije pogodan za VBO (visoko brzinska obrada) ISO 40, ISO 50... konus ne smije biti samokočan

HSK držaći alata

o oblik A ima prijenos okretnog momenta preko utora na kraju konusa

o Oblik B ima prijenos okretnog momenta preko utora na prirubnicio B namjenjen za teže uvjete obrade (uz iste dimenzije)o dimenzija konusa držaća 1:10o mala je masa držaća jer je šupliji i kraća je dužina konusao ne smije biti samokočano kratki je hod kod izvlačenja iz glavnog vretenao velika aksijalna i radijalna točnost sustava, jer držač nasjeda

u konus i na čelo GV ASo visoka statička i dinamička krutost sustavao sustav je pogodan za VBO

premještanje alata unaprijed (prije obrade) izmjeriti određenu dimenziju oštrice alata postaviti oštricu alata na određenu dimenziju izmjerene dimenzije ponjeti u NU AS,tj. uneti u NU AS

prednamještanje alata1) na uređaj za prednamještanje alata u službi alata (skladište), više NU AS2) na samom alatnom stroju pomoću ticala (jedan jedini stroj)

Spremište alata prema obliku može biti:kružnolančano GOCkazetnoregalnorevolverska glava – TOC, NU TOC

Alati u spremištu mogu biti postavljeni: redosljedno – po redosljedu odvijanja operacija nasumične – kodirani su držači alata

AIA GOC

GV mora stati!!

1. GV GOC2. manipulator za iznjenu alata3. spremište alata

a. zahvat alata u GV i spremištu alatab. izvlačenje alata iz GV i spremišta alatac. zakret poluge s alatima za 180ºd. uvlačenje alata u GV i spremište alatae. zakret poluge za 90º u radni položaj

stroja i zakret spremišta alata, tako da alatza slijedeću operaciju dođe u položaj zamjene

AIO – TOC (manipulator ili robot) – GOC (palete)

skraćenje pomoćnog vremena autonomnost procesa obrade povećanje iskorištenja i proizvodnost obradnog sustava