Click here to load reader

Stroje pro mikroobrábění - czspos.cz€¦ · Stroje pro mikroobrábění 57 3 Mori Seiki Společnost MORI SEIKI představila na evropském kontinentu poprvé svůj stroj NN1000

  • View
    229

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of Stroje pro mikroobrábění - czspos.cz€¦ · Stroje pro mikroobrábění 57 3 Mori Seiki...

  • 55

    Stroje pro mikroobrbn

    Jan Smolk, Martin Mare, Josef Kekula

    Abstrakt:

    lnek pedstavuje aktuln nabdku pedevm frzovacch stroj pro mikrofrzovn. Podrobn jepedstaveno nov vertikln frzovac centrum YMC 430 japonskho vrobce YASDA, ale i dal stoje urenpro obrbn v oblasti mikronovch pesnost.

    1 vodNa veletrhu EMO 2009 prezentovalo svoji produkci stroj urench pro mikroobrbn nkolik tradinchfirem zamench na tuto oblast. Poprv byl v Evrop pedstaven speciln ptios stroj od firmy MORI-SEIKIuren pro mikroobrbn. Tento stroj byl ji dve pedstaven odborn veejnosti na IMTS Chicago 2008,avak jedn se o naprostou piku v oboru. Naprostou novinkou bylo nov vertikln centrum firmy YASDAuren pro mikrofrzovn ve tech osch. Tradin byla pedstavovna produkce mikrofrzovacch centerfirmy SODICK, pikov vertikln centra firmy Rders a stroje firmy Hwacheon. Dle svoji produkcipedstavovali vcarsk spolenosti Emissa S.A. (www.emissa.com) a Precitrame Machines SA(www.precitrame.com), zamen pedevm na hromadnou vrobu mikroobrobk (nikoli nstroj, alekonench dlc) a spolenost Affolter Technologies S.A. (www.affelec.ch) zamen na vrobumikroozuben. Chybla prezentace pikovch stroj nmeck spolenosti KERN (www.kern-microtechnic.com), francouzsk firmy RealMeca (www.realmeca.com), nebo japonsk firmy NTC(www.ntcmc.com). asto jsou stroje pro mikrofrzovn vyuity pro ppravu miniaturnch nstroj a matricpro mikro EDM obrbn. Nejzajmavj stroje pro mikro EDM technologii (Electrical Discharge Machining)pedstavovali na EMO japonsk spolenost Sodick a vcarsk spolenosti AgieCharmilles (www.gfac.com)a SARIX SA (www.sarix.com) a pro technologii ECM (Electrochemical Machining ) pak francouzsk PEMTecSNC (www.pemtec.de). Zajmav shrnut vystavovanch technolog pro Mikro EDM je mon nalzt na http://eurotecmagazine.wordpress.com/category/edm/.

    Pestoe je veletrh EMO tradin spjat s prezentac nejpokroilejch technolog bylo na vstavprezentovno mn stroj pro mikroobrbn ne na poslednm IMTS Chicago 2008. V nsledujcm si blepedstavme nkter vystavovan produkty a jejich technologick monosti.

    2 YasdaJaponsk spolenost YASDA je tradin vrobce vertiklnch frzovacch center pro pesnou vrobu nstroja forem, ale tak producent ady horizontlnch center YBM pro tyos frzovn dlc do rozmru a2000mm. V oblasti stroj pro velmi pesn obrbn nabz ptios stroj YBM Vi40 s otonm a naklpcmstolem. A do EMO 2009 nabzela tak legendrn tos stroj YMC 325 uren pro nejpesnj obrbn.Nyn byl poprv pedstaven jeho nstupce nazvan YMC 430. Nov stroj YMC430 pevzal ze stroje YMC 325vechny klady a dle je rozil ve smyslu zdokonalen parametr ovlivujcch pesnost. Stroj YMC430 nenpouhou modernizac, nebo pravou stroje YCM 325, ale jedn se konstrukn o zcela nov stroj, kter nabzpracovn stl o rozmrech 430x350mm, maximln zaten stolu 100kg, rozjezdy v osch X, Y, Z pak 400x 300 x 250, otkov rozsah vetene 200-40.000 1/min, maximln stl vkon vetene 7,5kW. Vechny tilinern pohybov osy jsou pohnny vysokorychlostnmi linernmi motory. Linern motory jsou uityzejmna kvli tm nulovm pasivnm odporm tohoto proveden pohonu (pokud neuvaujeme pasivnodpory kabelovch a chladicch pvod motor). Sla se pen do pohybliv sti vzduchovou mezerou bezjakchkoli pevod a mechanickch vazeb. Zcela pkladn je konstrukn een nov nosn rm stroje.YASDA hovo ve svch prospektech o stojanu typu H. Jde o uzavenou strukturu, kde pod stojan zajdkov stl. Stojan m svisl stny po obou stranch a tak v zadn sti stroje. Pdorysn tvar prezu

  • 56 Semin SpOS a VCSVTT: Obrbc stroje a technologie na EMO Milano 2009

    stojanu pak skuten pipomn tvar psmene H. Na eln stn stojanu je pak nabudovna pohybov osa Z.Jej pohon linernmi motory je zdvojen a veteno se nachz mezi dvma motory, kter jsou po stranch.O typu pouitch linernch veden se bohuel nebyla delegace YASDA ochotna bavit a ani v publikovanchinformacch nen o jejich proveden nic konkrtnho uvedeno. Vzhledem ke skutenosti, e aplikovanlinern veden umouje spolehliv, miteln krokovn pohybovch os s krokem 0,1um, jedn se budo hydrostatick veden (jako u pedchozho YCM 325), nebo o extrm pesn uloen valiv. Zsadncharakteristikou stroje je dokonal systm chlazen. Chlazeny jsou nejen vechny linern motory posuvovchos a samotn veteno, ale tak vetenk. Stojan je protkan temperovanm olejem. Dalm chlazenmmstem je cel oblast pod kovm stolem. Jedn se o jaksi tepeln tt ped tepelnm ovlivovnm strojeod tsek a ezn emulze. Nen znm, e by nkter jin vrobce stroj dosud nabzel, takto chlazenou oblastpnve pod kovm stolem. Z dvod odstnn stroje od ruivch vliv stoj tak za pozornost vibrana tepeln oddlen psluenstv stroje. Podrobn prospekt ke stroji dokonce prav o eliminaci pulsacv hydraulickch tlakovch rozvodech po stroji. Jen tko si lze pedstavit, e mohou tyto pulsace v hadicchzpsobovat njak nepesnosti, ale vc dokresluje snahu o een kadho detail, kter me mt vliv napesnost vroby na stroji.

    Obr. 1: Vertikln centrum YASDA YCM 430 Obr. 2: Symetrick nosn struktura stroje YASDA YCM 430

    Obr. 3: Komplexn chlazen pohon i nosn struktury stroje YASDA YCM 430

    Obr. 4: Pklady obrobk realizovanch na stroji YASDA YCM 430

  • Stroje pro mikroobrbn 57

    3 Mori SeikiSpolenost MORI SEIKI pedstavila na evropskm kontinentu poprv svj stroj NN1000 uren pronejpesnj ptios obrbn v submikronovch pesnostech. Stroj byl poprv pedstaven na vstav IMTSChicago 2008 a jedn se o skuten unikt. Pouit technologie spe pipomnaj laborato polovodiovchtechnologi, ne obor obrbcch stroj. Zkladem stroje je ulov blok uloen na aktivnch pneumatickchprvcch ve svaovanm rmu. Aktivn tlumic pneumatick prvky izoluj stroj od vnjch vibrac z podlahy podstrojem. I pesto je pr stroj mon pro nejpesnj operace provozovat pouze na velmi tuhch a hmotnch

    Obr. 5: Pklad testu kruhov interpolace na stroji YASDA YCM 430

    Obr. 6: Pklad testu polohovn v osch na stroji YASDA YCM 430

    Obr. 7: Pmost pohybu kovho stolu. Uvedeny jsou hodnoty kolm na osu pohybu na stroji YASDA YCM 430

    Obr. 8: Pklad obrobku z nstrojov oceli o tvrdosti HRC 60 dokonovanho kulovou frzou o prmru 1mm na stroji

    YASDA YCM 430

    Obr. 9: Pklad testu pesnosti polohy v ose Z po vmm nstroj na stroji YASDA YCM 430

    Obr. 10: Pklad obroben mikroskopick struktury na stroji YASDA YCM 430

  • 58 Semin SpOS a VCSVTT: Obrbc stroje a technologie na EMO Milano 2009

    zkladech kter nejsou buzeny jinou technologi. Na zkladnm ulovm bloku jsou nabudovny pohybovosy z keramiky a duralu. Vechna pohybliv veden (linern i rotan) jsou provedena jako aerostatick. Dvnavzjem se pohybujc sti na vrstv tlakovho vzduchu jsou vdy keramick. Pohony jsou pak na vechosch realizovny pmmi pohony, tedy linernmi a prstencovmi motory. Vechny pohony jsou zdvojena pln symetrick, vyjma osy C. Krytovn jsou provedena pouze lehkmi mchy, kter kladou minimlnpasivn odpory. Rotan osa A je vyvaovna protizvami. Stroj pracuje pouze s jednobitm diamantovmnstrojem. Stroj nedisponuje automatickou vmnou nstroj, ani automatickou vmnou obrobk. Spoluse strojem HS650Linear takt japonsk firmy SODICK je jednm z mla ptiosch stroj v kategorii stroj promikrofrzovn.

    Obr. 11: Celkov pohled na stroj Mori Seiki NN1000 Obr. 12: Schma nosn struktury, pohon a aktivnho uloen

    Obr. 13: Pohled do pracovnho prostoru Obr. 14: Pidruen mikroskopick pracovit

    Obr. 15: Pklad obrbn textu DTL, kde tloutka psma in pouhch 30um a vka 200um. (Mori Seiki NN1000)

    Obr. 16: Pklad obrbn rastru V drek s rozte rastru 3um. (Mori Seiki NN1000)

  • Stroje pro mikroobrbn 59

    4 RdersMezi tradin evropsk vrobce velmi pesnch stroj pat firma Rders. Firma je krom vynikajcch strojvyjmen tak neustlm zdokonalovnm a prodejem stroj se svm vlastnm dcm systmem.Nejpesnj ada stroj Rders nese oznaen RHP. Jedn se o vertikln stroje s portlovm stojanemuzavenm ze zadn strany. Stroje jsou vyrbny ve tech velikostech 800, 600 a 500, kde oznaen piblinodpovd ce stolu. Pohony pohybovch os zajituj linern motory (pohony bez mechanickho kontaktu).Vechna linern veden jsou pak provedena jako hydrostatick. Stroj je vybaven nejen pesnm chlazenmpohon, ale tak temperac chladc emulze nebo oleje. Velk draz je kladen na tepeln odstnn skeletustroje od tsek a chladicch kapalin. Stroje je mono osadit vetenem s max. otkami a 60.000 1/min.Vyvaovn v ose Z je provedeno pomoc patentovanho pneumatickho systmu s minimlnmi pasivnmiodpory. Stroj je standardn vybaven automatickou vmnou nstroj. Vzhledem k uitm hydrostatickmvedenm je stroj vhodn nejen pro pesn frzovn, ale tak pro brouen. Dky konstrukci stroje eliminujcpasivn odpory a maximalizujc jeho pesnost je stroj tak vhodn pro pesn inprocesn men obrobk.Spolenost Reders tedy adu RHP inzeruje jako adu stroj vhodnou pro frzovn, brouen a men.

    Obr. 17: Pklad obrbn jehlanov mky s podstavou jehlan 20x20um. (Mori Seiki NN1000)

    Obr. 18: Pklad obroben rastru hrot s jehlany. Prmr hrot je 30um v prizmatick sti a 5um na hrotu.

    (Mori Seiki NN1000)

    Obr. 19: Pklad stroje Rders ady RHP ve velikosti 600.

    Obr. 20: Pklad obrobku matrice reflektoru: ocel 1.2316 (X36CrMo17), rozmry 100 x 45 x 40 mm, nejmen nstroj

    D1,5 mm, max. otky 40.000 1/min, max. posuvov rychlost 5.000 mm/min, as vroby 5 hodin

  • 60 Semin SpOS a VCSVTT: Obrbc stroje a technologie na EMO Milano 2009

    5 Hwacheon Korejsk spolenost Hwacheon se nespecializuje na stroje pro ultrapesn obrbn, avak pedstavovala svjvelmi pesn stroj SIRIUS UL+ uren pro vrobu forem a nstroj. Snad ani tak nezaujme samotn stroj,kter je postaven na zklad vertiklnho tosho centra s monost rozen o rotan osy, ale zajmav jsounabzen softwarov dc prostedky. Spolenost Hwacheon pedstavovala dva vlastn softwarov systmydoprogramovan do dcho systmu Fanuc. Prvnm z nich je systm nazvan HECC (Hwacheon EfficientContour Control). Jedn se o obdobn systm jak nabz napklad v podob tzv. trojhelnku SiemensSINUMERIK. Uivateli je dna monost provdt vbr mezi rychlejm, resp. pomalejm odbavenm NCkdu, resp. realizac sloit drhy s mnoha pechody linernch sek. Rychlost souvis s dovolenounepesnost na napojench jednotlivch sek a tedy s ostrost nebo naopak splvavost tchto pechod.Systm pravdpodobn v zvislosti na uivatelem zvolen me poadavku na pesnost a plynulost drhyprovede zmnu nastaven regulace pohon a zmnu tolerance pesnosti drhy, mon tak zmnu limitzrychlen a ryv. Zstupci spolenosti Hwacheon nebyli ochotni vnitn techniku odhalit, avak lzepedpokldat vyuit uvedench monost zmn (zmn nastaven interpoltoru a nebo nastavenservoregulace). Funknost tohoto systmu prezentovala firma na ad stejn obrobench dutin zpustek,avak pokad pi jinm nastaven parametr v systmu HECC. Na uvedenm pkladu byla zejm vraznspora asu pi hrubovn a pi dokonovn. spora asu pi dokonovn byla sice patrn, ale dle vsledkobrbn na povrchu obrobk nelze rychlej variantu vyut beze zbytku, nebot pak nejsou splnnypoadavky na tvarovou pesnost.

    Dal ze softwarovch monost nabzench firmou Hwacheon je systm HTLD (Hwacheon Tool LoadDetektor) a s nm spojen systm Optima HTLD. V prvnm ppad se jedn o systm kontroly nstroje pedpetenm a destrukc. Druh systm je v principu systm adaptivnho zen, kter se sna zmnou posuvovrychlosti o maximln vyuit vkonu frzovacho vetene. Jedn se o jeden z mla reln nabzench systmadaptivnho zen.

    Obr. 21: Ilustrativn pedstaven pokroilch technologi uitch u stroj ady Reders RHP

  • Stroje pro mikroobrbn 61

    Obr. 22: Obrazovka nastaven v systmu HECC firmy HWACHEON.

    Obr. 23: Pklad zkuebnho kusu s monost porovnn obrobench povrch pi rzn nastavenm systmu HECC

    firmy HWACHEON.

    Obr. 24: Obrazovka se zznamem posuvu a zaten vetene v systmu Optima HTLD firmy HWACHEON.

    Obr. 25: Na EMO pedvdn pklad funknosti systmu HTLD, kde dochzelo k diagonlnmu njezdu nstroje do

    materilu a automatick zmn posuvov rychlosti ve vazb na zaten vetene.

    Obr. 26: Pklad obroben plochy nstroj vstikovac formy na stroji HWACHEON SIRIUS-UL+.

    Obr. 27: Pklad mikrovrtn mky s otvory o prmru 0,2mm na stroji HWACHEON SIRIUS UL.

  • 62 Semin SpOS a VCSVTT: Obrbc stroje a technologie na EMO Milano 2009

    6 Affolter Technologies S.A.vcarsk spolenostAFFOLTER specializujc se navrobu miniaturnchozubench kol odvalovacmzpsobem pedstavilaobrbc centrum AF100.Obrbc centrum jeschopno vyrbt ozubenpm, ikm a kuelov kola.Stroj je schopen vyrbtozuben kola do modulu 0,5mm. Zazen disponuje 8-mizenmi osami. Rm stroje je

    zhotoven z polymerbetonu, co zaruuje dobr tlumic vlastnostikonstrukce a odolnost stroje proti negativnm teplotnm vlivm. Strojje vybaven pmm odmovnm na vech linernch osch. Soustje upnuta mezi hroty a unena pomoc dvou na sob nezvislchelektroveten. Pohon nstroje zajituje tet veteno. Vechnavetena jsou opatena vnitnm chlazenm, kter zaruuje tepelnoustabilizaci stroje a stlou pesnost.

    7 Precitrame Machines SAPRECITRAME je dal zstupce vcarska nabzejc obrbc centra pro pesn mikroobrbn. Na vstavzaujaly rotan transferov obrbc centra, z vystavench konkrtn model MTR 312. Jedn se ovysokokapacitn rotan transferov obrbc centrum vhodn pro vrobu pesnch soust a to v srichstednch a velkch tajcch nkolik milion soust. Jedn se o stroje pro hodinsk, automobilov,elektrotechnick a medicnsk prmysl. Omezen stroje je dno minimlnm asem cyklu, kter in 2s. Strojje pln automatizovn vetn automatick vmny obrobk. Zkladem je svaovan rm zaruujc tepelnouodolnost a tuhost. Na rmu je kruhov uspodno 12 samostatnch obrbcch jednotek UV72-3, kterzajituj polohovn s pesnost do 1 mikronu. Uprosted je oton stl s pmm pohonem, kter zajitujepemstovn obrobk mezi jednotlivmi stanoviti, co je realizovno pomoc paletovho systmu kterpolohuje obrobky s pesnost do 4 mikron. Samozejmost je tak automatick zakldn a vykldnobrobk mimo stroj, za pomoci dvouosho systmu i pomoc robotickho ramene. Integrovn je takautomatick mic systm zajitujc kontrolu obrobk, vyhodnocovn korekc nstroje a provd takstatistickou kontrolu procesu (SPC) a lze jej pipojit na extern SPC systm. Kad stanovit disponuje tosou jednotkou schopnou nst 2 vetena uspodan horizontln nebo 4 vetena uspodan vertikln.Maximln otky veten jsou 42.000 ot/min. Pomoc speciln CNC architektury stroj umouje dit 31 os,na vbr je dc systm Sinumerik 840D, NUM Axium Power, nebo Fanuc 30i. Krytovn stroje umoujesnadn pstup ke vem jednotkm. Chladc a filtran jednotka je umstna mimo stroj, piem je mono

    Obr. 28: Pklad obrbn jehlic prmru 0,12mm a vce 25mm z plnho matarilu a stroji HWACHEON M2-5AX.

    Obr. 29: legenda pkladu obrbn jehlic prmru 0,12mm a vce 25mm z plnho matarilu na stroji

    HWACHEON M2-5AX.

    Obr. 30: Affolter AF100

    Obr. 31: AF100 pracovn prostor

  • Stroje pro mikroobrbn 63

    stroj napojit na centrln chladc a filtran agregt pro vce stroj zrove. Na pn me bt stroj zen nadlku bezdrtov. Dal adou je ada 400H umoujc obrbt na jednom stanoviti z 5-ti stran a funkcestroje jsou rozeny o monost soustruen.

    8 Dal aktuln nabdkaPestoe na EMO Milano 2009 nebyly vystaveny, dovolujeme si provst pipomenut nkterch dalchvynikajcch stroj urench pro mikrofrzovn. V nsledujcm jsou uvedeny stroje, kter jsou v aktulnnabdce pslunch vrobc. Pestoe nebyly vystavovny pmo v Miln, jedn se o modern a pokroilstroje pro oblast pedevm mikrofrzovn. Na nsledujcch ilustranch obrzcch jsou uvedeny stroje:HS560Linear japonsk firmy SODICK, stroj Hyperprecision HP francouzsk spolenosti REALMECA, Z3500japonsk firmy NTC, Pyramid Nano vcarskho vrobce KERN, stroj NANO-FOCUS 425 holandsk firmyHembrug a nakonec stroj SIP 5000.

    Obr. 32: Precitrame MTR 312 Obr. 33: Pracovn jednotky MTR 312

    Obr. 34: pikov ptios frzovac centrum HS650Linear pro obrbn v submikronovch pesnostech od firmy

    SODICK

    Obr. 35: Stroj HyperPrecision HP2 francouzsk spolenosti REALMECA

  • 64 Semin SpOS a VCSVTT: Obrbc stroje a technologie na EMO Milano 2009

    9 Shrnut a zvrStle pichzej na trh zcela nov stroje uren pro oblast mikroobrbn a nanoobrbn. Prezentace strojpro frzovac operace v oblasti extrmnch pesnost je a s pekvapenm stle ir a pestej. Stroje profrzovac operace v nejvych pesnostech byly a do nedvna nabzeny tm vhradn tos. Nyn se vaksetkvme ji i se stroji pro mikroobrbn s pti souvisle zenmi osami. Stroje pro mikroobrbn ananoobrbn charakterizuj pedevm dosahovan pesnosti a tolerance na mikronov a nano rovni, nikolivak nutn miniaturn rozmry samotnho obrobku. Prezentace stroj pro tyto technologie obvykledoprovz bohat vstavka realizovanch obrobk. Detaily obrobk jsou asto zobrazovny optickmi nebodnes ji tak elektronovmi mikroskopy, nebot rozmry obrbnch detail se odehrvaj na rovni jednotekmikrometr. astmi obrobky jsou matrice pro vytven relif na optickch stech displej, resp. jejichjednotlivch komponent, sousti pro obor polovodi, dlce mikromechanism a hodinek. Z hlediskatechnickho een, sofistikovanosti a uitch technologi se v oblasti frzovacch center pro mikroa nanoobrbn jedn vtinou o naprost klenoty, kter uplatuj jen ta nejlep een. Ceny tchto velmimalch, ale extrmn pesnch stroj, jsou blzk cenm velkch obrbcch stroj s dov vtmi rozmrya hmotnostmi. Tyto stroje pedstavuj typick stroje s velmi vysokou pidanou hodnotou.

    Obr. 36: .Stroj Z3500 firmy NTC uren pro mikroobrbn. Vechna veden jsou bezkontaktn

    hydrostatick, pohony realizovny linernmi motory, speciln krytovn s minimalizac pasivnch odpor

    Obr. 37: vcarsk stroj Pyramid Nano od formy KERN. Stroj uv nejen hydrostatick veden, ale tak pohon

    pomoc hydrostatickch trapzovch roub uloench na hydrostatickch loiskch.

    Obr. 38: pikov ptios centrum firmy Hembrug oznaen NANO-FOCUS 425. Uita hydrostatika na vech

    osch, pm pohony, granitov nosn dlce. (Pro zajmavost: hmotnost stroje 15t, max. hmotnost obrobku

    75kg)

    Obr. 39: Produkce stroj SIP pod vlastnictvm Starrag Heckert, na obrzku stroj SIP 5000. Stroj SIP uvdme pro

    pipomenut tto legendrn vcarsk znaky, kter se stala synonymem pesnosti.