UPOGIBANJE ŽICE - CORE · 2017. 11. 28. · VI PREGLED SODOBNIH CNC-STROJEV ZA UPOGIBANJE ŽICE Ključne besede: CNC-stroji, žica, upogibanje žice, navijanje žice, izdelava vzmeti

UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO

Stanko KOLARIČ

PREGLED SODOBNIH CNC-STROJEV ZA

UPOGIBANJE ŽICE

Diplomsko delo

visokošolskega strokovnega študijskega programa 1. stopnje

Strojništvo

Maribor, oktober 2012

II

Fakulteta za strojništvo

PREGLED SODOBNIH CNC-STROJEV ZA

UPOGIBANJE ŽICE

Diplomsko delo

Študent(ka): Stanko KOLARIČ

Študijski program: Visokošolski strokovni študijski program 1. stopnje

Strojništvo

Smer: Proizvodno strojništvo

Mentor: red. prof. dr. Miran Brezočnik

Somentor: izr. prof. dr. Ivo Pahole

Maribor, oktober 2012

III

Vložen original sklepa o

potrjeni temi diplomskega dela

IV

I Z J A V A

Podpisani Stanko KOLARIČ izjavljam, da:

je bilo predloženo diplomsko delo opravljeno samostojno pod mentorstvom red. prof.

dr. Mirana Brezočnika in somentorstvom izr. prof. dr. Iva Paholeta ;

predloženo diplomsko delo v celoti ali v delih ni bilo predloženo za pridobitev

kakršnekoli izobrazbe na drugi fakulteti ali univerzi;

soglašam z javno dostopnostjo diplomskega dela v Knjižnici tehniških fakultet

Univerze v Mariboru.

Maribor, 27.9.2012 Podpis: ___________________________

V

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju red. prof. dr. Miranu

Brezočniku in somentorju izr. prof. dr. Ivu Pahole za

vso potrebno pomoč, svetovanje in vodenje pri

opravljanju diplomskega dela. Zahvaljujem se tudi

kolektivu TVP za pomoč v času študija.

Posebna zahvala velja moji družini za spodbudo in

potrpežljivost, s katerima so mi študij sploh omogočili.

VI

PREGLED SODOBNIH CNC-STROJEV ZA UPOGIBANJE ŽICE

Ključne besede: CNC-stroji, žica, upogibanje žice, navijanje žice, izdelava vzmeti

UDK: 621.981.2(043.2)

POVZETEK

Osrednja tema diplomskega dela je predstavitev sodobnih CNC-strojev in tehnologij za

izdelavo vzmeti in upogibanje žice v maloserijski in množični proizvodnji. Podrobneje so

predstavljeni CNC-stroji za izdelavo tlačnih vzmeti, CNC-stroji za izdelavo nateznih in

torzijskih vzmeti in CNC-stroji za krivljenje žice. Za vse stroje so predstavljeni načini

delovanja, krmiljenja in programiranja.

VII

OVERVIEW OF MODERN WIRE BENDING CNC-MACHINES

Key words: CNC-machines, wire, wire bending, wire coiling, spring production

UDC: 621.981.2(043.2)

ABSTRACT

The main topic of diploma work is to present modern CNC-machines and technology for the

manufacture of springs and wire bending in small and mass production. In detail are

presented CNC-machines to create a compression spring, CNC-machines to produce tensile

and torsion springs and wire bending CNC-machines. For all these machines are also

presents the types and ways of working, controlling and programming.

VIII

KAZALO

1 UVOD .................................................................................. - 1 -

1.1 Splošno področje diplomskega dela .......................................................... - 1 -

1.2 Opredelitev problema dela......................................................................... - 1 -

1.3 Struktura diplomskega dela ....................................................................... - 2 -

2 SPLOŠNO O STROJIH ZA UPOGIBANJE ŽICE ............... - 3 -

2.1 Razvrstitev strojev za upogibanje žice ...................................................... - 3 -

2.2 Zgodovinski pregled razvoja strojev za upogibanje žice........................... - 4 -

3 POSTOPKI PREOBLIKOVANJA ŽICE ............................... - 6 -

3.1 Pregled postopkov preoblikovanja žice ..................................................... - 6 -

3.2 Upogibanje žice ......................................................................................... - 6 -

3.3 Ravnanje žice ............................................................................................. - 7 -

3.4 Navijanje .................................................................................................... - 9 -

4 CNC-STROJI ZA NAVIJANJE ŽICE ................................. - 10 -

4.1 Osnove tehnološkega postopka ............................................................... - 10 -

4.2 Značilnosti in obdelovalni sistem ............................................................ - 11 -

4.2.1 Podajanje žice ..................................................................................... - 11 -

4.2.2 Ravnanje žice ....................................................................................... - 12 -

4.2.3 Navijanje .............................................................................................. - 13 -

4.2.4 Odrez žice ............................................................................................ - 17 -

4.2.5 Nadzor kakovosti ................................................................................. - 18 -

4.3 Vrste navijalnih CNC-strojev .................................................................. - 20 -

4.3.1 2-osni navijalni stroji .......................................................................... - 20 -



4.3.4 11-osni navijalni stroji ........................................................................ - 22 -

4.4 Posebne izvedbe navijalnih CNC-strojev ................................................ - 24 -

4.4.1 Navijalni stroji za izdelavo valovitih vzmeti ........................................ - 24 -

4.4.2 CNC-stroji za izdelavo nateznih vzmeti ............................................... - 25 -

IX

4.5 Programiranje navijalnih CNC-strojev .................................................... - 27 -

4.5.1 Programiranje z vnašanjem ukazov .................................................... - 27 -

4.5.2 Programiranje z vnašanjem parametrov ............................................. - 27 -

5 NAVIJALNO-UPOGIBNI CNC-STROJI ............................ - 29 -



5.2.1 Vlečni sistem z ravnalno linijo............................................................. - 31 -

5.2.2 Puša ..................................................................................................... - 32 -

5.2.3 Drsniki z orodjem ................................................................................ - 32 -

5.3 Vrste navijalno-upogibnih CNC-strojev .................................................. - 33 -

5.3.1 2-osni stroji – visokohitrostni .............................................................. - 34 -

5.3.2 4 do 8-osni stroji – standardni ............................................................ - 35 -

5.3.3 10 do 16-osni stroji – specialni ........................................................... - 38 -

5.3.4 Dodatne enote ...................................................................................... - 39 -

5.4 Posebne izvedbe navijalno-upogibnih CNC-strojev................................ - 40 -

5.4.1 Stroji s pomičnim okvirjem .................................................................. - 40 -

5.4.2 Stroji s pomično mizo .......................................................................... - 41 -

5.5 Programiranje navijalno-upogibnih CNC-strojev ................................... - 43 -

5.5.1 Programiranje z vnašanjem ukazov .................................................... - 43 -

5.5.2 Programiranje s prenašanjem vrednosti ............................................. - 43 -

5.5.3 Programiranje z risanjem vzmeti ........................................................ - 43 -

5.6 Kontrola in nadzor kakovosti .................................................................. - 44 -

6 KRIVILNI CNC-STROJI .................................................... - 45 -



6.3 Vrste krivilnih CNC-strojev .................................................................... - 47 -

6.3.1 Ravninski 2D-krivilni stroji ................................................................. - 47 -

6.3.2 Prostorski 3D-krivilni stroji ................................................................ - 49 -

6.4 Posebne izvedbe krivilnih CNC-strojev .................................................. - 51 -

6.5 Dodatna oprema ....................................................................................... - 54 -

6.5.1 Roboti za pridrževanje kosa in posluževanje ...................................... - 55 -

6.6 Programiranje krivilnih CNC-strojev ...................................................... - 56 -

X

6.6.1 Programiranje z vnašanjem ukazov in vrednosti ................................ - 56 -

6.6.2 Grafično programiranje z risanjem izdelka ........................................ - 56 -

7 SKLEP .............................................................................. - 59 -

8 LITERATURA ................................................................... - 61 -

XI

KAZALO SLIK

SLIKA 2.1: PRVI STROJI ZA NAVIJANJE VZMETI (PRIREJENO PO [31]) ...................................................................... - 4 -

SLIKA 2.2: MEHANSKI AVTOMAT ZA NAVIJANJE VZMETI [64] ................................................................................ - 5 -

SLIKA 3.1: RAVNANJE ŽICE Z RAVNALNIMI PUŠAMI [31] ....................................................................................... - 8 -

SLIKA 3.2: RAVNANJE ŽICE Z RAVNALNIMI VALJI [59] .......................................................................................... - 8 -

SLIKA 3.3: NAVIJANJE PALIC ................................................................................................................................ - 9 -

SLIKA 3.4: NAVIJANJE VZMETI IZ ŽICE [54] ........................................................................................................... - 9 -

SLIKA 4.1: OSNOVNI PRINCIP DELOVANJA NAVIJALNEGA STROJA (PRIREJENO PO [53] IN [28] ) ............................ - 10 -

SLIKA 4.2: NAVIJALNI KOLUTI Z UTORI (PRIREJENO PO [16]) ............................................................................... - 11 -

SLIKA 4.3: VLEČNI SISTEM [33] ........................................................................................................................... - 12 -

SLIKA 4.4: RAVNALNA LINIJA (PRIREJENO PO [70]) ............................................................................................. - 12 -

SLIKA 4.5: MERJENJE SILE NA VALJE [65] ............................................................................................................ - 13 -

SLIKA 4.6: OSNOVNI NAČINI NAVIJANJA VZMETI (PRIREJENO PO [8]) .................................................................. - 13 -

SLIKA 4.7: NAVIJANJE Z ENIM NAVIJALNIM PRSTOM (PRIREJENO PO [23]) ........................................................... - 14 -

SLIKA 4.8: NAVIJANJE Z DVEMA NAVIJALNIMA PRSTOMA – KRMILJENJE S KRIVULJO (PRIREJENO PO [18]) .......... - 14 -

SLIKA 4.9: NAVIJANJE Z DVEMA NAVIJALNIMA PRSTOMA – KRMILJENJE Z MEHANIZMOM (PRIREJENO PO [24])... - 15 -

SLIKA 4.10: NAVIJANJE Z DVEMA LOČENO KRMILJENIMA NAVIJALNIMA PRSTOMA (PRIREJENO PO [30]) ............. - 15 -

SLIKA 4.11: NAVIJANJE Z DVEMA NAVIJALNIMA PRSTOMA – LOČENI POGONI (PRIREJENO PO [43]) ..................... - 16 -

SLIKA 4.12: NAVIJANJE Z DVEMA NAV. PRSTOMA – MENJAVA SMERI NAVIJANJA (PRIREJENO PO [8]) ................. - 16 -

SLIKA 4.13: METODE REZANJA ŽICE [34] ............................................................................................................. - 17 -

SLIKA 4.14: NADZOR KAKOVOSTI S KONTROLNIMI SONDAMI ............................................................................. - 18 -

SLIKA 4.15: OPTIČNI MERILNI SISTEM ZA MERJENJE IN KONTROLO GEOMETRIJE VZMETI [35] ............................. - 19 -

SLIKA 4.16: NAVIJALNI CNC-STROJ S SISTEMOM NADZORA KAKOVOSTI W-1065 PODJETJA SIMCO [56] ................. - 19 -

SLIKA 4.17: 2-OSNI NAVIJALNI CNC-STROJ Z ODVIJALCEM ŽICE IN AVTOMATSKIM SORTIRNIKOM [7] ................. - 20 -

SLIKA 4.18: 7-OSNI NAVIJALNI CNC-STROJ (PRIREJENO PO [8])............................................................................ - 21 -

SLIKA 4.19: POGONSKI KONCEPT 8-OSNEGA NAVIJALNEGA CNC-STROJA (PRIREJENO PO [21]) ............................ - 22 -

SLIKA 4.20: PTP NAVIJALNI PRSTI [60] ................................................................................................................ - 23 -

SLIKA 4.21: NAVIJALNA CELICA WAFIOS FUL 175 [55] .......................................................................................... - 23 -

SLIKA 4.22: VALOVITA VZMET IN OBROČ [46] ..................................................................................................... - 24 -

SLIKA 4.23: NAVIJALNI SISTEM IN NAPRAVA ZA IZDELAVO VALOV [36] .............................................................. - 24 -

SLIKA 4.24: STROJ ZA IZDELAVO NATEZNIH VZMETI STANDARDNIH OBLIK – WAFIOS ZO 23 [37] ......................... - 25 -

SLIKA 4.25: UNIVERZALNA CELICA ZA IZDELAVO NATEZNIH VZMETI [37] .......................................................... - 26 -

SLIKA 4.26: PARAMETRIČNO PROGRAMIRANJE [38] ............................................................................................ - 28 -

SLIKA 5.1: OSNOVNI PRINCIP IZDELAVE NA NAVIJALNO-UPOGIBNIH STROJIH (PRIREJENO PO [9]) ....................... - 29 -

SLIKA 5.2: TEHNOLOŠKE OPERACIJE NA NAVIJALNO-UPOGIBNIH STROJIH [10] .................................................... - 29 -

SLIKA 5.3: NAVIJALNO-UPOGIBNI CNC-STROJ (PRIREJENO PO [3]) ....................................................................... - 30 -

SLIKA 5.4: VLEČNI SISTEM Z RAVNALNO LINIJO ................................................................................................. - 31 -

SLIKA 5.5: VRTLJIVA PUŠA (PRIREJENO PO [11]).................................................................................................. - 32 -

XII

SLIKA 5.6: DRSNIK Z ORODJEM (PRIREJENO PO [44]) ........................................................................................... - 32 -

SLIKA 5.7: POGON DRSNIKOV (PRIREJENO PO [12]) ............................................................................................. - 33 -

SLIKA 5.8: 2-OSNI NAVIJALNO-UPOGIBNI STROJ [44] ........................................................................................... - 34 -

SLIKA 5.9: 4-OSNI NAVIJALNO-UPOGIBNI CNC-STROJ (PRIREJENO PO [12]) .......................................................... - 35 -

SLIKA 5.10: DODATNE SERVO-ENOTE Z LASTNIM POGONOM .............................................................................. - 36 -

SLIKA 5.11: DODATNE OPERACIJE SAMOSTOJNIH SERVO-ENOT (PRIREJENO PO [10]) ........................................... - 36 -

SLIKA 5.12: ROTIRAJOČA PUŠA IN ROTIRAJOČ VLEČNO-RAVNALNI SISTEM [58] .................................................. - 36 -

SLIKA 5.13: KRMILJENJE VSEH OSI S SERVO-MOTORJI (PRIREJENO PO [4])........................................................... - 37 -

SLIKA 5.14: HORIZONTALNI POMIK PUŠE [48] ..................................................................................................... - 38 -

SLIKA 5.15: OBDELAVA Z ENOTAMI Z LASTNIM POGONOM (PRIREJENO PO [25]).................................................. - 38 -

SLIKA 5.16: OBDELAVA NA STROJU WAFIOS FMU 6 [67] ....................................................................................... - 39 -

SLIKA 5.17: DODATNA ENOTA ZA IZDELAVO NATEZNIH VZMETI [51] .................................................................. - 39 -

SLIKA 5.18: STROJ S POMIČNIM OKVIRJEM (PRIREJENO PO [26]) .......................................................................... - 40 -

SLIKA 5.19: OBDELAVA NA STROJU S POMIČNIM OKVIRJEM WAFIOS FMK [39] .................................................... - 41 -

SLIKA 5.20: NAVIJALNO-UPOGIBNA CELICA S POMIČNO MIZO ITAYA RX-60 [62] .................................................. - 42 -

SLIKA 5.21: ROTIRAJOČI IZMENJEVALEC Z ORODJI ............................................................................................. - 42 -

SLIKA 5.22: GRAFIČNO PROGRAMIRANJE ........................................................................................................... - 44 -

SLIKA 5.23: KONTROLA S KONTROLNIM TIPALOM – IGLO [4] .............................................................................. - 44 -

SLIKA 6.1: OSNOVNI PRINCIP UPOGIBANJA (PRIREJENO PO [19]) .......................................................................... - 45 -

SLIKA 6.2: GLAVNI DELI KRIVILNEGA STROJA [52] .............................................................................................. - 45 -

SLIKA 6.3: MIZA ZA PRIDRŽEVANJE KOSA [52] .................................................................................................... - 46 -

SLIKA 6.4: RAVNINSKI 2D-KRIVILNI STROJI (PRIREJENO PO [32]) ......................................................................... - 48 -

SLIKA 6.5: RAVNINSKI 2D-KRIVILNI STROJ BC-50 PROIZVAJALCA NEW FORM TECH [49] ...................................... - 48 -

SLIKA 6.6: 3D-KRIVILNI STROJ Z ROTIRAJOČO ROKO (PRIREJENO PO [19])............................................................ - 49 -

SLIKA 6.7: ROTIRAJOČA ROKA Z UPOGIBNIMI GLAVAMI (PRIREJENO PO [19] ) ..................................................... - 49 -

SLIKA 6.8: 3D-KRIVILNI STROJ Z ROTIRAJOČO GLAVO MB-R PODJETJA NEW FORM TECH [57] ............................... - 50 -

SLIKA 6.9: ROTIRAJOČI VLEČNO-RAVNALNI SITEM [41] ...................................................................................... - 50 -

SLIKA 6.10: 3D-KRIVILNI STROJ BM 90 PODJETJA WAFIOS [41] ............................................................................. - 50 -

SLIKA 6.11: VEČGLAVI KRIVILNI CNC-STROJ (PRIREJENO PO [27])....................................................................... - 51 -

SLIKA 6.12: VEČGLAVI KRIVILNI CNC-STROJ (PRIREJENO PO [27])....................................................................... - 52 -

SLIKA 6.13: UPOGIBNA GLAVA VEČGLAVEGA KRIVILNEGA STROJA (PRIREJENO PO [27]) .................................... - 52 -

SLIKA 6.14: MULTI-UPOGIBNA ENOTA DVOGLAVEGA KRIVILNEGA STROJA (PRIREJENO PO [6]) .......................... - 53 -

SLIKA 6.15: MODUL ZA STISKANJE KONCEV OMAS CEB 110/W [42] ....................................................................... - 54 -

SLIKA 6.16: MODUL ZA OBLIKOVANJE KONCEV [47] ........................................................................................... - 54 -

SLIKA 6.17: 3D-KRIVILNI STROJ Z ROBOTOM [50] ................................................................................................ - 55 -

SLIKA 6.18: INTEGRACIJA ROBOTA V 3D-KRIVILNI STROJ PODJETJA MACSOFT [45] .............................................. - 55 -

SLIKA 6.19: GRAFIČNO PROGRAMIRANJE [41] ..................................................................................................... - 57 -

SLIKA 6.20: GRAFIČNO PROGRAMIRANJE V AUTOCAD [63] ................................................................................. - 58 -

XIII

UPORABLJENI SIMBOLI IN KRATICE

CAD - Computer Aided Design – računalniško podprto konstruiranje

CNC - Computer Numerical Control – računalniško numerično krmiljenje

NC - Numerical Control – numerično krmiljenje

PTP - Pre-Tension Positioning – uravnavanje pred-napetosti v vzmeti

R - upogibni polmer

2D - dvodimenzionalnost

3D - trodimenzionalnost

x-y-z - koordinatne osi

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

- 1 -

1 UVOD

1.1 Splošno področje diplomskega dela

Izdelki iz žice predstavljajo velik segment v celotnem spektru kovinske industrije. Njihovo

množično uporabo v obliki vzmeti, vzmetnih elementov in vseh vrst krivljenih elementov iz

žice, lahko zasledimo skoraj v vseh pomembnejših industrijskih panogah, od avtomobilske

industrije, železnic, gradbeništva, kmetijstva do elektroindustrije, računalništva in medicine.

Pri načrtovanju in optimiranju preoblikovalnih procesov za izdelavo izdelkov iz žice je

poleg teoretičnih osnov procesa preoblikovanja, kot so določanje mehanskih veličin in

tehnoloških parametrov, pomembno pridobiti tudi informacije o obstoječi preoblikovalni

opremi in orodjih. Preoblikovalni stroji morajo omogočiti ustrezno gibanje med posameznimi

deli orodja in obdelovancem ter zagotoviti sile in momente potrebne za deformacijo in

plastično preoblikovanje, zraven tega pa morajo prevzeti še medsebojno vodenje aktivnih

delov orodja.

Splošno področje diplomskega dela se nanaša na sodobne stroje za upogibanje žice. Ti

stroji se med seboj razlikujejo po konstrukciji, načinu delovanja, kinematiki gibanja orodij,

vrsti krmiljenja in podobno. Diplomska naloga se osredotoča na opis strojev, pojasnitev

njihovega delovanja in področja uporabe ter ugotavlja njihove glavne prednosti in slabosti.

1.2 Opredelitev problema dela

Kljub veliki zastopanosti žičnih izdelkov v industrijski proizvodnji, je tehnologija

preoblikovanja žice, posebej še upogibanja, relativno skromno obravnavana, tako v splošni

kot specialistični literaturi. Razen teoretičnih osnov upogibanja, najdemo le malo praktično

uporabnih metod in smernic za določanje najpomembnejših postopkov izdelave in reševanje

povsem konkretnih praktičnih problemov.

Namen diplomske naloge je preučiti tehnologijo upogibanja žice, njene najbolj značilne

postopke, ugotoviti delovanje strojev za upogibanje žice, njihovo področje uporabe in njihove

prednosti ter pomanjkljivosti.

Cilji diplomskega dela so:

predstaviti tehnologijo upogibanja žice in tehnične postopke,

prikazati delovanje strojev za upogibanje žice, njihovo krmiljenje in načine

programiranja


- 2 -

predstaviti njihova področja uporabe,

ugotoviti njihove prednosti in pomanjkljivosti

Glavni cilj diplomskega dela je tako, uporabnikom iz prakse, skozi predstavitev strojev,

posredovati čim več koristnih informaciji, za pomoč pri razumevanju in morebitni nabavi

tovrstne tehnologije.

1.3 Struktura diplomskega dela

Diplomsko delo je nastalo kot zbir dosežkov vodilnih proizvajalcev te opreme v svetu in služi

za pomoč uporabnikom v industriji žičnih izdelkov.

V začetnem, splošnem delu diplomske naloge, je najprej za bralca, ki ni seznanjen s to

tehnologijo, predstavljen kratek opis osnovnih postopkov predelave žice, ki je potreben za

razumevanje obravnavane tematike. Te informacije so tudi osnova za opredelitev karakteristik

strojev in opreme za posamezne preoblikovalne operacije. V okviru te predstavitve je podana

tudi osnovna razvrstitev strojev za upogibanje žice ter njihov zgodovinski razvoj.

Splošnemu uvodu v tehnologijo preoblikovanja žice sledi jedro diplomskega dela v

katerem so razčlenjeno po poglavjih in podpoglavjih predstavljeni stroji za upogibanje žice.

Predstavljen je podrobnejši opis, delovanje, krmiljenje in programiranje strojev za izdelavo

vzmeti in strojev za krivljenje žice. V diplomskem delu seveda niso obdelani vsi možni

postopki in tehnologije, saj se nenehno pojavljajo nove izvedenke ali celo povsem nove

tehnologije, zato so prikazani samo najbolj značilni predstavniki posameznih vrst strojev,

opisi vseh variant presegajo obseg diplomskega dela, zato so te zgolj omenjene.

Pri vsaki vrsti strojev so najprej na kratko podane fizikalne osnove delovanja, nato

izvedbe strojev z opisi prednosti in slabosti, sledijo različice osnovnih izvedb, programiranje

strojev in nadzor kakovosti.

Zaradi lažje predstavitve so besedni opisi dopolnjeni s slikami in skicami povzetimi in

prirejenimi iz spletnih strani in reklamnega gradiva glavnih proizvajalcev. Dodana so tudi

angleška poimenovanja strojev, kar uporabnikom olajšuje iskanje tuje literature.

Na koncu je navedena literatura in viri v abecednem zaporedju, navedeni elektronski

viri služijo za povezavo do komercialnih strani glavnih proizvajalcev.


- 3 -

2 SPLOŠNO O STROJIH ZA UPOGIBANJE ŽICE

2.1 Razvrstitev strojev za upogibanje žice

Stroje za upogibanje žice lahko razdelimo po različnih vidikih. Če vzamemo kot osnovo za

razdelitev vrsto izdelkov, ki jih proizvajajo dobimo dve glavni skupini:

stroje za izdelavo vzmeti in

stroje za krivljenje žice (ang. wire bending machine).

Druga delitev strojev za upogibanje žice, bi lahko bila po vrsti tehnološkega postopka kjer

poznamo:

stroje za delo v hladnem in

stroje za toplo oblikovanje žice.

Stroje za izdelavo vzmeti nadalje delimo še na:

stroje za navijanje vzmeti (ang. spring coiler) in

navijalno-upogibne stroje za oblikovanje vzmeti (ang. spring former).

Stroji za navijanje vzmeti nam služijo za prvo fazo izdelave vzmeti, to je navijanje

tlačnih vzmeti in navitega (aktivnega dela) nateznih in torzijskih vzmeti. Za kompletno

izdelavo vzmeti, so potrebne še naknadne dodelave na drugih strojih kot, so brušenje koncev

pri tlačnih, izdelava ušes pri nateznih in upogibanje koncev pri torzijskih vzmeteh. V

splošnem lahko na njih v celoti izdelujemo samo nebrušene tlačne vzmeti in najenostavnejše

oblike torzijskih vzmeti.

Upogibno-navijalni stroji za oblikovanje vzmeti, nam služijo za izdelavo nateznih in

torzijskih vzmeti v celoti. Na njih se izvedejo vse tehnološke operacije, ki so potrebne za

kompletno izdelavo vzmeti. S povečevanjem kompliciranosti vzmeti se povečuje tudi število

neodvisno krmiljenih osi strojev in število uporabljenih dodatnih enot.

Na strojih za krivljenje žice izdelujemo predvsem izdelke iz nevzmetne žice, čeprav

lahko na njih obdelujemo tudi vzmetno žico. Omogočajo nam izdelavo najbolj kompliciranih

oblik krivljenih elementov, zaradi svoje modularne sestave pa omogočajo še razne dodelave s

tehnološkimi operacijami kot so stiskanje in nakrčevanje koncev, varjenje, vrtanje lukenj in

rezanje navojev.


- 4 -

2.2 Zgodovinski pregled razvoja strojev za upogibanje žice

Žica je eden najstarejših izumov človeštva. Zgodovina oblikovanja žice sega že v stoletja pred

našim štetjem, ko so Egipčani z različnimi tehnikami izdelovali zlato žico in jo preoblikovali

v nakit.

V srednjem veku je bilo poleg kovanja, ki je najstarejši preoblikovalni postopek, že

poznano tudi vlečenje žice [5]. Od 5. stoletja do 14. stoletja je bil iz železne žice narejen

oklep, imenovan tudi »železna srajca«, najpomembnejša zaščita bojevnikov. Tisoče obročkov

iz žice je bilo medsebojno prepletenih v oklep. V tem času je pri postopkih preoblikovanja

ročno silo že nadomeščal vodni pogon.

Navite vzmeti so začeli izdelovati v začetku petnajstega stoletja, kot zamenjavo sistema

uteži, ki je do takrat poganjal mehanizme ur. Vzmeti iz navitega traku so pričeli vgrajevati

tudi v ključavnice.

Industrijska revolucija v osemnajstem stoletju je spodbudila razvoj tehnik serijske

proizvodnje. Britanski ključavničar in izumitelj Joseph Bramah leta 1780 v svoji tovarni že

uporabi stroj za navijanje vzmeti. To je bila namenska predelava stružnice, ki je, namesto

rezalnega orodja, vsebovala vodilna koluta za žico. Žica se je ovijala okoli palice, vpete v

glavo stružnice. Pogon stroja je bil mehanski.

Slika 2.1 prikazuje izvedbo enega prvih strojev za navijanje vzmeti.

Slika 2.1: Prvi stroji za navijanje vzmeti (prirejeno po [31])


- 5 -

Leta 1912 podjetje WAFIOS (Nemčija) kot prvo v Evropi predstavi stroj za navijanje tlačnih

vzmeti. Skoraj istočasno sta podjetji Otto Schmid in Wagner & Ficker (oba iz Nemčije) na trg

prinesla prve avtomatske strojev za vpletanje žice [66].

V letih tik pred drugo svetovno vojno so se pojavili prvi avtomati za upogibanje verig in

prvi univerzalni stroji za upogibanje žice. Prvi pravi avtomati za upogibanje žice so se razvili

iz strojev za vpletanje žic, predvsem iz strojev za izdelavo štirikotnih žičnih ograj in spiralno

vpletenih vzmeti za vzmetnice.

Sledilo je obdobje izpopolnjevanja teh strojev, do pojava prvih avtomatov za navijanje

vzmeti gnanih z električnim pogonom (slika 2.2).

Slika 2.2: Mehanski avtomat za navijanje vzmeti [64]

Leta 1960 se pojavijo prvi avtomati za izdelavo nateznih vzmeti.

V sedemdesetih letih prejšnjega stoletja se v industriji vzmeti vzpostavljajo prvi

avtomatizirani proizvodno-nadzorni sistemi.

Sledi velik preskok v krmiljenju strojev in v letih od 1976 do 1978 se pojavijo

elektronsko krmiljeni navijalni stroji.

Konec osemdesetih let prejšnjega stoletja, elektronsko krmiljeni avtomati za izdelavo

torzijskih vzmeti in stroji z večfunkcijskimi orodji močno reducirajo uporabo klasičnih

mehansko krmiljenih strojev v industriji izdelkov iz žice.

Prvi CNC-krmiljeni navijalni stroji so se pojavili v devetdesetih letih, konec prejšnjega

stoletja pa tudi že prve CNC-krmiljene navijalno-krivilne celice.


- 6 -

3 POSTOPKI PREOBLIKOVANJA ŽICE

3.1 Pregled postopkov preoblikovanja žice

Pod pojmom preoblikovanje razumemo spreminjanje oblike izdelkom pod vplivom zunanjih

sil tako, da se ti plastično deformirajo, brez dodajanja oz. odvzemanja materiala. Pri tej

pretvorbi ostaneta masa in medsebojna vez ohranjeni. Pri preoblikovanju pa se izdelkom ne

spremeni samo oblika, temveč tudi mehanske (natezna trdnost, trdota) in tehnološke lastnosti

(preoblikovalnost) [17].

Ne glede na vrsto preoblikovalnega postopka lahko preoblikujemo žico oz. palice pri

različnih temperaturah. Pri povišani temperaturi oz. preoblikovanju v toplem, preoblikujemo

predvsem materiale, ki se v hladnem slabše preoblikujejo ali pa zaradi velikosti izdelka, ki bi

zahteval izjemno velike sile in s tem povezane preoblikovalne stroje. Običajno preoblikujemo

v hladnem, saj dobimo na ta način bolj natančno geometrijsko obliko in bolj kakovostno

površino ob manjši porabi energije [17].

Elementarni postopek preoblikovanja žice je upogibanje, ki ga lahko delimo na

podskupine kot sta ravnanje žice in navijanje žice.

3.2 Upogibanje žice

Upogibanje spada med najbolj razširjene tehnološke postopke preoblikovanja žice. Je

posebna vrsta preoblikovalnih postopkov, pri kateri povzroči plastično deformacijo materiala

upogibni ali torzijski moment. Kot pri vsakem plastičnem preoblikovanju, nastopijo tudi pri

upogibanju žice v materialu trajne deformacije. Deformacije se v upognjenem prerezu med

seboj razlikujejo, notranja vlakna se v smeri glavne deformacije nakrčijo, medtem ko se

zunanja vlakna raztezajo. Med temi je nevtralno vlakno, ki se niti ne razteza niti ne krči. Čim

manjši je krivinski polmer (R) v primerjavi z debelino žice, tem bolj so izrazite razlike med

napetostmi v materialu in tem večji je preoblikovalni odpor [5].

Notranji krivinski polmer je eden najvažnejših parametrov pri upogibanju žice in je

merilo za njeno preoblikovalnost. Vezan je na plastičnost materiala in mora biti tako velik, da

plastične deformacije ne preidejo v lokalno porušenje materiala. V primeru prekoračitve se

pojavijo na zunanji natezni strani razpoke, na notranji pa se material nagnete. Pri premajhnem

krivinskem polmeru se material pretrga [1]. Po drugi strani pa smo omejeni tudi z največjim

krivinskim polmerom, ker če pri upogibanju ne obremenimo niti skrajnih vlaken prek meje

plastičnosti, po razbremenitvi ni trajne plastične deformacije [5].


- 7 -

Plastično deformacijo pri upogibanju spremlja tudi elastična deformacija, ki povzroči

delno izravnavanje upognjenega dela. Ker so za upogibanje žice, še posebej vzmetne žice,

značilne velike elastične deformacije in izravnavanje po preoblikovanju, se upogibanje v

množični proizvodnji v ožjem tolerančnem področju lahko izdeluje le s sprotnim

prilagajanjem orodja ali stroja. Elastičnega izravnavanja ne moremo natančno izračunati, če

ne poznamo natančnega faktorja elastičnega izravnavanja, oziroma, če ne naredimo preizkusa,

vrednosti pa se spremenijo že pri naslednji šarži materiala [17].

Čeprav je poglavitni namen plastičnega preoblikovanja žice spreminjanje zunanje

oblike žici, s preoblikovanjem spreminjamo tudi notranjo strukturo in trdnostne lastnosti

materiala. Mehanske lastnosti materiala se v upogibnem pasu spreminjajo zaradi utrditve, čim

bolj je sloj materiala oddaljen od nevtralne osi, tem močnejša je utrditev [5].

Upogibanje lahko poteka na različnih strojih in z raznovrstnimi orodji, odvisno od

dimenzij in oblike izdelkov ter uporabljenega materiala žice. Upogibamo lahko z orodji s

premočrtnim ali krožnim gibanjem, upoštevati pa moramo razlike med načini preoblikovanja

značilnimi za posamično in maloserijsko proizvodnjo, ter postopki množične proizvodnje

[17].

3.3 Ravnanje žice

Dobavna oblika žice za predelavo so naviti koluti premera 800 do 1000 mm. Da bi dobili

obliko žice, ki je uporabna kot izdelek ali za nadaljnje preoblikovanje, jo je potrebno najprej

izravnati. Ravnanje žice izvajamo iz več razlogov in sicer:

ravnanje žice kot tehnološko operacijo za izdelavo ravnih palic izvajamo z namenom

pridobiti polizdelke za nadaljnje preoblikovanje ali polizdelke namenjene drugim

končnim proizvodom, lahko pa so to tudi končni proizvodi,

ravnanje žice kot priprava žice pred upogibanjem,

skoraj vsi krivljeni izdelki iz žice vsebujejo tudi ravne odseke, iz tega razloga vsi stroji

za krivljenje žice vsebujejo enoto za ravnanje žice.

Ravnanje žice lahko izvajamo z ravnalnimi pušami ali z ravnalnimi valji. Prvi princip

ravnanja uporabljajo ravnalni stroji za izdelavo ravnih palic kot izdelkov, drugi princip pa

uporabljajo skoraj vsi ostali stroji za pripravo žice pred upogibanjem. Oba principa ravnanja

sta si podobna, razlika je v tem, da potrebno sinusoidno obliko ukrivljenosti žice med


- 8 -

ravnanjem pri prvem dosežemo z ekscentričnim zamikom puš, ki rotirajo okrog žice (slika

3.1), pri drugem pa z zamikom valjev skozi katere teče žica (slika 3.2).

Slika 3.1: Ravnanje žice z ravnalnimi pušami [31]

Slika 3.2: Ravnanje žice z ravnalnimi valji [59]

Vsak proces ravnanja se nanaša na začetno, povratno in preostalo ukrivljenost žice.

Povratna ukrivljenost je upoštevana z naslednjim valjem v vrsti, tako dolgo dokler se

preostala ukrivljenost postopoma ne odstrani in dokler ni dosežena končna ravnost žice [22].

Pri ravnanju vzmetne žice je proces ravnanja zasnovan s kombinacijo ravnalnih enot,

katerih namen je ustvariti stalne preoblikovalne lastnosti materiala po prilagajanju na

spreminjajoče se lastnosti vhodnega materiala. Potreba po enakomernih mehansko

preoblikovalnih lastnostih vhodnega materiala se še posebej kaže v velikoserijski proizvodnji,

pri kateri je potrebno zagotoviti ozke tolerance geometrijskih značilnosti izdelkov. Dejstvo je,

da žice z absolutno enakomernimi mehanskimi lastnostmi ni. Vselej so v njem zaradi

krajevno različne mikrostrukture, ki je posledica predhodnih tehnoloških postopkov obdelave

(vlečenje žice) opazne neenakomernosti. Te se kasneje preslikajo v geometrijska odstopanja

izdelkov, kljub temu, da so parametri procesa ves čas nespremenjeni. Da kljub opaznim

neenakomernim lastnostim žice, do določene mere stabiliziramo krivilni postopek, je

potrebno izvesti stabilizacijo meje plastičnosti. To dosežemo le z izravnamo v ravnalnih

napravah. Bistveno pri ravnanju žice je, da material izmenoma obremenjujemo v plastičnem

področju, s čimer dosežemo na koncu čim enakomernejše preoblikovalne lastnosti [22].


- 9 -

3.4 Navijanje

Navijanje ali krožno upogibanje je tehnološka operacija pri kateri žico ovijamo v obliki

navojnice, katere oblika v vzdolžni smeri je lahko cilindrična, konična ali oblika konture.

V glavnem razlikujemo med hladnim in toplim navijanjem. Običajno navijamo v

hladnem, le palice večjih debelin po potrebi segrevamo.

V splošnem obstaja več metod navijanja žice oz. palic od katerih sta najpogostejši dve.

Žice in palice večjih debelin navijamo na vpeti, vrteči se palici – hladno navijanje (slika 3.3 a)

in toplo navijanje (slika 3.3. b). Druga metoda je navijanje pa s pomočjo vlečnih kolutov in

opornih količkov imenovanih navijalni prsti (ang. coiling finger), ki upogibajo žico (slika

3.4). Slednji način je najpogostejši in se uporablja skoraj na vseh strojih za navijanje žice

debelin do 16 mm.

a) Hladno navijanje palic [68] b) Toplo navijanje palic [69]

Slika 3.3: Navijanje palic

Slika 3.4: Navijanje vzmeti iz žice [54]


- 10 -

4 CNC-STROJI ZA NAVIJANJE ŽICE

4.1 Osnove tehnološkega postopka

Princip delovanja avtomatov za navijanje vzmeti je nespremenjen že od časa njihovega

nastanka, spreminjali in posodabljali so se samo krmilni mehanizmi in pogon strojev.

Slika 4.1 prikazuje osnovni princip delovanja avtomatov za navijanje vzmeti.

1 – vlečni valji, 2 – horizontali vzpon, 3 – odrezni nož, 4 – odrezno jedro, 5,6 – navijalni prsti,

7 – vertikalni vzpon

Slika 4.1: Osnovni princip delovanja navijalnega stroja (prirejeno po [53] in [28] )

Vlečni valji (1) vlečejo žico (w) iz kolobarja in jo potiskajo skozi vodila na navijalne

prste (5 in 6) s katerimi kontroliramo premer vzmeti. S horizontalnim vzponskim orodjem (2)

poskrbimo, da konec žice vodimo mimo ravnega, še ne navitega, dela žice. Delovni vzpon

ovojnice vzmeti dosežemo z vertikalnim vzponskim klinom (7) ali pa tudi s horizontalnim

vzponskim orodjem (2) (slika 4.1 desno). Ko je podajanje žice končano, izdelek odrežemo.

Odrez se vrši s strigom med zunanjim (3) in notranjim odreznim nožem (4) imenovanim tudi

odrezno jedro.

Za navijanje debelejših žic uporabljamo, namesto klasičnih navijalnih prstov, podprte

kolute z utori (slika 4.2). Tako se izognemo poškodbam na občutljivi površini žice, ki

nastanejo kot posledica velikega pritiska med navijalnimi zatiči in žico. Zraven tega je tudi

obraba konic navijalnih prstov bistveno večja kot pri uporabi navijalnih kolutov.


- 11 -

Slika 4.2: Navijalni koluti z utori (prirejeno po [16])

4.2 Značilnosti in obdelovalni sistem

Za določevanje optimalne opreme za postopek navijanja žice je zraven karakteristik

preoblikovalnega stroja potrebno upoštevati tudi karakteristike celotnega preoblikovalnega

sistema. Ne glede na vrsto ali izvedbo (standardna, namenska) so vsi navijalni CNC-stroji

sestavljeni iz naslednjih osnovnih enot: podajalno-vlečni sistem, enota za ravnanje žice, enota

za navijanje in odrez žice ter sistem nadzora kakovosti.

4.2.1 Podajanje žice

Vlečenje in podajanje žice v stroj izvajajo vlečni koluti (slika 4.3), ki vlečejo žico iz

avtomatskega odvijalca žice s kolobarjem, skozi linijo za ravnanje žice, do mesta navijanja.

Od debeline žice je odvisno število parov in pritisk v vlečnih kolutih. Če je ta prešibak, lahko

povzroči zdrs žice, premočan pritisk pa lahko deformira obliko žice (žica postane ovalna).

Podobno je s številom kolutov, če je to premajhno je pritisk v njih običajno premočan,

zato je bolje uporabiti večje število kolutov in tako porazdeliti potreben pritisk. Pri

standardnih izvedbah nastavitev pritiska vlečnih kolutov na žico opravimo ročno, pri novejših

strojih je ta pritisk že reguliran z dodatnimi servo-motorji. Pri debelejših žicah so potrebni

zelo veliki pritiski v kolutih, zato za njihovo doseganje uporabljamo hidravlične servo-

motorje.


- 12 -

Slika 4.3: Vlečni sistem [33]

4.2.2 Ravnanje žice

Ravnalne linije so del navijalnih strojev in z njimi so opremljeni praktično vsi stroji za

upogibanje žice. Pri navijalnih strojih je ravnanje zraven doseganja ravnosti žice pomembno

tudi iz vidika doseganja enakomernih predelovalnih lastnosti žice in posledično manjših

izdelovalnih odstopanj.

Ravnalne linije so sestavljena iz dveh med seboj pravokotnih nizov ravnalnih valjev,

tako, da žico poravnamo v vertikalni in horizontalni smeri (slika 4.4).

Slika 4.4: Ravnalna linija (prirejeno po [70])

Določanje optimalnega ravnalnega postopka je v pravilni določitvi zveze med

ukrivljenostjo žice vzdolž ravnalne naprave ter upogibnim momentom, ki deluje na žico [22].

Izračunane vrednosti upogibnega momenta in ukrivljenosti računalniki sodobnih strojev

uporabijo za izračun položaja ravnalnih valjev in s tem poti žice skozi ravnalno napravo.


- 13 -

Ravnalna naprava stalno meri silo na ravnalna kolesa (slika 4.5), računalnik potem to silo

izrazi kot funkcijo, ki je odvisna od parametrov postopka: meje plastičnosti, premera žice in

lege koles. Ob predpostavki, da se spreminja samo meja plastičnosti (premer žice je

konstanten) nam razlika med trenutno mejo plastičnosti in povprečno vrednostjo v določeni

količini žice služi za določane lege valjev [22].

Slika 4.5: Merjenje sile na valje [65]

4.2.3 Navijanje

Navijalna enota je glavna enota navijalnih strojev, na njej se odvija proces navijanja žice.

Služi nam za nastavitev in kontrolo premera vzmeti. Obstajata dva osnovna načina navijanja:

navijanje z enim navijalnim prstom,

navijanje z dvema navijalnima prstoma.

a) navijanje z enim prstom b) navijanje z dvema prstoma

Slika 4.6: Osnovni načini navijanja vzmeti (prirejeno po [8])


- 14 -

Navijanje z enim navijalnim prstom (slika 4.7) se uporablja redko in predvsem za

manjše dimenzije žic, njihova glavna prednost je v tem, da je na ta način možno izdelovati

tlačne vzmeti ovalnih oblik, enostavnejše oblike torzijskih in z dodelavo tudi nateznih vzmeti.

Zaradi svoje togosti je primerno za velike serije in hitrosti.

Slika 4.7: Navijanje z enim navijalnim prstom (prirejeno po [23])

Navijanje z dvema navijalnima prstoma je zaradi svojih številnih prednosti, že skoraj

standardni način navijanja vzmeti pri CNC-tehnologiji. Pri tem obstaja več izvedb krmilnega

mehanizma.

Enostavnejši predvsem 2-osni CNC-stroji imajo krmiljen samo en navijalni prst, preko

krivulje, gnane s skupnim pogonom, drugi navijalni prst nastavimo ročno (slika 4.9). Pri tem

načinu je za prehod iz desne v levo smer navijanja potrebno zamenjati celotni mehanizem.

Slika 4.8: Navijanje z dvema navijalnima prstoma – krmiljenje s krivuljo (prirejeno po [18])


- 15 -

Standardne izvedbe nadzorujejo oba navijalna prsta z enim servo-motorjem in pomočjo

povezovalnega vzvoda, kot je prikazano na sliki 4.9. Tudi pri teh izvedbah je za spremembo

smeri navijanja potrebna ročna montaža mehanizma.

1 – vlečni valji

2 – vzpon

3 – odrezni nož

4 – odrezno jedro

5,6 – navijalni prsti

7 – vodilo žice

8 – vzvodni mehanizem

9 – sevo-motor

Slika 4.9: Navijanje z dvema navijalnima prstoma – krmiljenje z mehanizmom

(prirejeno po [24])

Vzvodni mehanizem (8) krmiljen z servo-motorjem (9) premika navijalne zatiče (5 in 6)

proti oz. od središča navijanja in s tem uravnava premer vzmeti.

Kasneje so proizvajalci oba navijalna prsta opremili z lastnima servo-pogonoma (slika

4.10), vendar menjava smeri navijanja, zaradi ročičnega mehanizma spodnjega prsta, še vedno

ni bila povsem računalniško krmiljena.

Slika 4.10: Navijanje z dvema ločeno krmiljenima navijalnima prstoma (prirejeno po [30])


- 16 -

Pri novejših strojih ima vsak navijalni prst svoj pogon in sta brez ročičnih mehanizmov

(slika 4.11), kar omogoča hitro in računalniško vodeno spremembo premera in smeri

navijanja (slika 4.12).

Slika 4.11: Navijanje z dvema navijalnima prstoma – ločeni pogoni (prirejeno po [43])

Slika 4.12: Navijanje z dvema nav. prstoma – menjava smeri navijanja (prirejeno po [8])


- 17 -

4.2.4 Odrez žice

Rezanje žice igra zelo pomembno vlogo pri izdelavi vzmeti in najpomembneje vpliva na

togost stroja. Navijalni CNC-stroji imajo običajno dve metodi rezanja: ravno in rotacijsko.

a) raven odrez žice b) rotacijski odrez žice

Slika 4.13: Metode rezanja žice [34]

Najbolj pogosta je še vedno metoda ravnega rezanja žice (slika 4.13 a), ki izhaja še iz

časov mehansko krmiljenih strojev. Slabost te metode je v tem, da po odrezu ostaja na

notranji strani vzmeti srh, usmerjen proti sredini vzmeti, kar povzroča težave pri vzmeteh, ki

so vodene z vodilnim trnom.

Druga metoda je rotacijska (slika 4.13 b), pri kateri pa še vedno nastopajo težave, saj

obstaja možnost, da pri majhnih premerih vzmeti, odrezno orodje udari v navijalni prst. Tudi

površina odreza je večja kot pri ravnem odrezu, to pa zahteva večjo rezalno silo in posledično

večjo obremenitev na odrezno jedro. Zraven tega so nastavitve in prilagajanje odreza precej

težje kot pri ravnem rezu in zaradi vseh teh pomanjkljivosti, proizvajalci to metodo še vedno

ponujajo bolj kot opcijo.


- 18 -

4.2.5 Nadzor kakovosti

Za kontrolo dolžine vzmeti med delovanjem stroja, se na skoraj vseh navijalnih strojih

uporablja kontrolno tipalo v obliki igle. Ko pri navijanju vzmeti pride tipalo v stik z vzmetjo

se ustvari kontakt, ki izklopi pomik žice in sproži izvajanje naslednje operacije – običajno je

to odrez vzmeti. V primeru da so izdelovalna odstopanja prevelika in žica ne dotakne igle v

predpisanem stavku programa, se stroj ustavi.

Stroji so lahko opremljeni tudi z moderno senzoriko. Glavni dimenziji vzmeti - dolžina

in premer, se kontrolirata z merilnimi sondami ali vgrajeno kamero. Kontrola z merilnimi

sondami, regulacija in sortiranje skozi proizvodnjo se uporabljajo za tekočo kontrolo dolžine

vzmeti, uravnavanje orodja za kontrolo premera in vzpona ter razvrščanje vzmeti glede na

ustreznost ali tolerančna območja (slika 4.14 levo). Če merilni sistem ugotovi preveliko

odstopanje geometrije vzmeti, sproži regulacijske mehanizme stroja, ki prilagodijo začetne

nastavitve. Neustrezen kos pri katerem je bila ugotovljena geometrijska neustreznost se v

sortirnem sistemu (tri kanalna kretnica za razvrščanje vzmeti) odvrže v kanal za neustrezne

vzmeti, stroj pa nadaljuje s proizvodnjo (slika 4.14 desno). Stroj se sam regulira in ni zastojev

zaradi ponovnega nastavljanja.

a) kontrola dolžine z merilno sondo b) kretnica za razvrščanje vzmeti

(prirejeno po [34]) (prirejeno po [15])

Slika 4.14: Nadzor kakovosti s kontrolnimi sondami


- 19 -

Tretji način kontrole je optični merilni sistem s kamero (slika 4.15). Merilni sistem ima

svoj računalnik in grafični zaslon. Računalnik ugotovljene dimenzije izdelka primerja s

predpisanimi vrednostmi in podanim tolerančnim območjem. Ob pojavu neustrezne vzmeti,

računalnik pošlje podatke glavnemu računalniku stroja, ki stroj ustavi ali pa izvede samo-

korekcijo nastavitev. Pri tej metodi je togost stroja in medsebojni vpliv vgrajenih optičnih

sistemov odločilnega pomena za zanesljivost merilnih rezultatov. Vse podatke lahko

naknadno statistično obdelamo in ovrednotimo.

Slika 4.15: Optični merilni sistem za merjenje in kontrolo geometrije vzmeti [35]

Tipični navijalni stroj opremljen z modernimi sistemi nadzora kakovosti z optičnim merilnim

sistemom in enoto za sortiranje je prikazan na sliki 4.16.

Slika 4.16: Navijalni CNC-stroj s sistemom nadzora kakovosti W-1065 podjetja Simco [56]


- 20 -

4.3 Vrste navijalnih CNC-strojev

Napredek v CNC-tehnologiji je imel velik vpliv na konstrukcijo navijalnih strojev. Osnovni

princip izdelave in osnovni elementi strojev so se ohranili, spremenilo pa se je krmiljenje

stroja. Sodobni stroji imajo namesto skupnega električnega pogona, zobniškega prenosa ter

sistema krivulj in ročic, več ločenih manjših servo-motorjev, ki nam omogočajo natančnejšo

krmiljenje in regulacijo stroja.

Od števila uporabljenih servo-motorjev je odvisno koliko gnanih neodvisno krmiljenih

osi ima stroj, zato so glede na to stroji lahko 2-, 4- in 8-osni, možna pa je razširitev tudi do 11

neodvisno krmiljenih osi. Na velikost strojev vpliva v največji meri preoblikovalni odpor med

preoblikovanjem, ki je odvisen od debeline in trdote žice.

4.3.1 2-osni navijalni stroji

Stroji z dvema neodvisno krmiljenima osema imajo en servo-motor za vlečenje oz. podajanje

žice, drugi servo-motor, pa služi za premik ostalih osi. Gibanje drsnikov z orodji za izdelavo

vzpona in odreza žice je krmiljeno preko ekscentrov. Premer vzmeti nastavimo ročno, krivulja

ekscentra za navijanje pa nam omogoča izdelavo koničnih vzmeti. Zaradi ročnega

spreminjanja lege in ponovne prilagoditve medsebojne odvisnosti sistema ekscentrov je čas

nastavljanja daljši, stroj pa je zaradi svoje velike togosti namenjen predvsem za hitroserijsko

in visokoproduktivno proizvodnjo. Vsi navijalni stroji so opremljeni tudi z avtomatskim

odvijalcem žice, ki služi za enakomerno dodajanje žice v stroj (slika 4.17).

Slika 4.17: 2-osni navijalni CNC-stroj z odvijalcem žice in avtomatskim sortirnikom [7]


- 21 -


4-osni navijalni stroji imajo standardno vgrajene štiri neodvisno krmiljene osi. Stroji

imajo zraven servo-motorja za podajanje žice in servo-motorja za krmiljenje premera vzmeti

dodana še servo-motorja za pogon odreznega sistema in sistema za izdelavo vzpona vzmeti.

Hitrost, vklop in čas delovanja vsakega servo-motorja spreminjamo po želji, pri čemer je čas

nastavljanja minimalen.

Nekateri proizvajalci ponujajo tudi vmesne variante, to so 5, 6 in 7-osni stroji z ločenima

pogonoma za navijalne prste (slika 4.18).

1 – Vlečni valji, 2,2a – pogon navijalnih prstov, 3 – odrezno jedro, 4 – vertikalni vzpon,

5 – odrezni nož,6 – horizontalni vzpon,

Slika 4.18: 7-osni navijalni CNC-stroj (prirejeno po [8])


- 22 -


Stroji z osmimi neodvisnimi osmi (slika 4.19) imajo zraven standardnih 4-ih še dva ali tri

(odvisno od izvedbe) ločene pogone za krmiljenje premera vzmeti, servo-motorje za

vertikalni in vzdolžni pomik odreznega jedra in servo-motor za horizontalni vzpon.

1 – vlečni valji,

2a – odrez žice,

2b – vertikalni vzpon,

3 – kontrola premera pri navijanju z

enim prstom,

4a,b – kontrola premera pri navijanju z

dvema prstoma,

5 – horizontalni vzpon,

6 – kontrola pritiska vlečnih valjev

Slika 4.19: Pogonski koncept 8-osnega navijalnega CNC-stroja (prirejeno po [21])


Navijalni stroji so razširljivi do 11 neodvisno krmiljenih osi. Proizvajalci 8-osnim navijalnim

strojem dodajajo še servo-motorje za pomoč pri vpeljavi žice iz koluta v stroj, servo-motor za

pritisk vlečnih valjev, ki omogočajo kontrolo pritiska vlečnih valjev glede na trdoto žice,

novejši stroji pa že imajo vključene tudi servo-motorje za rotacijo navijalnih prstov.

Ta platforma predstavlja novo možnost za nadzor nad vodenjem žice med navijalnim

procesom. Tako imenovani PTP (ang. Pre-Tension Positioning) navijalni prsti omogočajo

servo-krmiljeno prilagoditev rotacije navijalnih prstov (slika 4.20). Servo-motor rotira konico

navijalnih prstov, bodisi v smeri proti upravljalcu stroja (za zapiranje koncev pri izdelavi

tlačnih vzmeti) ali pa v smeri proti stroju (za doseganje notranje napetosti v vzmeti pri

izdelavi nateznih vzmeti). Tako izboljšano vodenje žice, omogoča tudi, da je žica vodena po

celotni širini utora navijalnega prsta in se izogiba pritiskom na robovih utora, kateri


- 23 -

povzročajo škodo na občutljivi površini žice. Bodoči razvoj PTP navijalnih prstov gre v tej

smeri, da bi z njimi lahko popolnoma nadomestili orodja za izdelavo vzpona vijačnice vzmeti.

Z uporabo PTP navijalnih prstov lahko izdelujemo tudi torzijske vzmeti z enostavnimi

tangencialnimi konci.

Slika 4.20: PTP navijalni prsti [60]

Slika 4.21 prikazuje tipičnega predstavnika 11-osnih navijalnih CNC-strojev, ki jim zaradi

velikega števila vključenih enot in podsistemov pravimo tudi navijalne celice.

Slika 4.21: Navijalna celica WAFIOS FUL 175 [55]


- 24 -

4.4 Posebne izvedbe navijalnih CNC-strojev

Izvedenke osnovnih navijalnih strojev se nanašajo predvsem na stroje za izdelavo vzmeti iz

profilne žice in stroje za izdelavo nateznih vzmeti.

4.4.1 Navijalni stroji za izdelavo valovitih vzmeti

Za valovite vzmeti (ang. Wave springs) slika 4.22, je značilno, da dajejo enako silo in

deformacijo kot navadne spiralne vzmeti, pri tudi do 50% manjših dolžinah . S tem ponujajo

prednost prostorskih in materialnih prihrankov, zato te vzmeti smatramo za vzmeti

prihodnosti.

Slika 4.22: Valovita vzmet in obroč [46]

Pri teh strojih je vlečni sistem opremljen z vlečnimi valji z utori, ki ustrezajo profilu

žice. Utor v obliki profila žice imajo tudi navijalni valji, ki nadomestijo navijalne prste

splošnih izvedb (slika 4.23 a). Valovi na vzmeti se izdelajo s posebno napravo (slika 4.23 b),

ki z rotiranjem levo in desno oblikujejo potrebno višino vala.

Zaradi specifičnega načina navijanja stroj nima odreznega jedra, zato je odrezni sistem

izveden z odreznim čepom in matrico.

a) navijalni koluti s profilnimi utori b) izdelava valov

Slika 4.23: Navijalni sistem in naprava za izdelavo valov [36]


- 25 -

4.4.2 CNC-stroji za izdelavo nateznih vzmeti

Za izdelavo nateznih vzmeti obstajajo prilagojene oblike navijalnih strojev. Na njih je mogoče

izdelati vse mogoče oblike ušes nateznih vzmeti. Obstaja več različic strojev:

visokoproduktivni stroji za izdelavo standardnih ušes,

univerzalni stroji za natezne vzmeti.

Na visokoproduktivnih strojih (slika 4.24) je mogoča izdelava samo najpogostejših

oblik ušes, to sta angleško in nemško uho. Pri teh strojih navijalni del izdela samo naviti –

aktivni del vzmeti, dodatna enota pa izdela obe ušesi. Transportni sistem prevzame navito telo

vzmeti in ga potisne v sklop za izdelavo ušes. Pogon in transport dodatne enote sta krmiljena

s servo-motorji preko glavnega programskega okna.

Univerzalni stroji za natezne vzmeti univerzalnih oblik (slika 4.25) so stroji na katerih

lahko izdelujemo poljubne oblike ušes. Sestavljeni so iz večjega števila enot povezanih v tri

glavne sklope: navijalnega, sklop za izdelavo prvega ušesa in sklop za izdelavo drugega

ušesa.

Slika 4.24: Stroj za izdelavo nateznih vzmeti standardnih oblik – Wafios ZO 23 [37]


- 26 -

Na navijalnem delu (1) se navije telo natezne vzmeti s puščenimi ravnimi

tangencialnimi konci. Skozi transport, od navijalnega dela do prve CNC krmiljene vrtljive

križne mize, se spremeni ravnina obdelave vzmeti iz vertikalne v horizontalno. Istočasno se

prične v navijalnem delu priprava za navijanje nove vzmeti. Na prvi vrtljivi obdelovalni mizi,

transportira šest prijemalnih ročic telo vzmeti k štirim obdelovalnim postajam, za dvig konca

(2), upogib konca (3), upogib ušesa (4) in odrez konca za zev ušesa (5). Centralna prevzemna

postaja (6) preda telo vzmeti z izdelanim prvim ušesom na drugo vrtljivo križno mizo. Tam se

izdela drugo uho v taktnem postopku, ki je sinhroniziran s prvo vrtljivo mizo. Po obdelovalni

enoti za odrez zeva drugega ušesa (10) se vzmet odvrže iz stroja.

1 – navijalni stroj, 2 – dvig konca , 3 – upogib konca, 4 – upogib ušesa, 5 – odrez zeva

ušesa, 6 – centralna prevzemna postaja, 7 – dvig drugega konca, 8 – upogib drugega

konca, 9 – upogib drugega ušesa, 10 – odrez zeva drugega ušesa

Slika 4.25: Univerzalna celica za izdelavo nateznih vzmeti [37]


- 27 -

4.5 Programiranje navijalnih CNC-strojev

CNC-krmilje omogoča operaterjem, da določijo položaj funkcionalnih osi z vnosom

številčnih vrednosti za posamezno os. Proizvajalci strojev so razvili različne vrste namenskih

programskih rešitev, ki omogočajo krmiljenje njihovih strojev.

V odvisnosti od stopnje avtomatizacije programiranja ločimo dve vrsti programiranja:

programiranje z vnašanjem ukazov in vrednosti za posamezne osi,

programiranje z vnašanjem glavnih parametrov vzmeti.

4.5.1 Programiranje z vnašanjem ukazov

Z vnašanjem programskih ukazov in vrednosti za posamezne osi, operater določa položaje in

pomike posameznih osi, ki pa jih ne more neposredno razbrati iz dimenzij bodočega izdelka,

temveč jih določi na osnovi izdelave večjega števila preizkusnih vzorcev. Položaje

posameznih osi spreminja posamično, saj med osmi ni medsebojne odvisnosti. Omenjeni

način zahteva veliko izkušenj delavca in, ker z velikim številom preizkusnih vzorcev raste čas

nastavitve stroja, tudi večje stroške izdelave. Vsi tehnološki parametri se vnašajo ročno.

Upravljavci stroja si pri programiranju pomagajo tako, da z ročnim manipulatorjem, ki

omogoča ročne pomike posameznih osi, izdelajo vzmet, vrednosti pomikov osi, ki jih pri tem

razberejo iz zaslona računalnika, pa potem enostavno prenesejo v program.

4.5.2 Programiranje z vnašanjem parametrov

Programiranje z vnašanjem vodilnih parametrov so proizvajalci opreme razvili z namenom

lajšanja vnašanja podatkov in z nižanjem količine vhodnih podatkov. Ti programski paketi

omogočajo grafično programiranje preko dialoga računalnik – upravljalec stroja (slika 4.26).

Operater vnaša podatke v obliki parametrov kot so debelina žice, zunanji premer vzmeti,

dolžina vzmeti, skupno in aktivno število ovojev, računalnik pa potem sam generira potrebne

podatke za pomike posameznih osi in izdela delovni program. Pri tem načinu programiranja

obstaja medsebojna povezanost med posameznimi osmi in s spreminjanjem vodilnih

parametrov, se spremenijo položaji vseh odvisnih osi. Po vnosu podatkov, stroj takoj izdela

preizkusni vzorec za oceno. Vsekakor so zaradi elastične izravnave po upogibanju potrebne

dodatne manjše korekcije posameznih parametrov, vendar se hiter popravek lahko izvede

takoj in to kar na zaslonu stroja. Hitro in preprosto programiranje in spreminjanje vrednosti


- 28 -

povečuje produktivnost v času nastavljanja stroja. Zraven geometrijskih podatkov lahko

računalnik izračuna tudi optimalno hitrost stroja in ostale tehnološke parametre.

Programski paket omogoča tudi grafično simulacijo izdelave vzmeti za kontrolo gibanja

orodja in žice med izdelavo, da ne prihaja do trkov med posameznimi orodji in žice z orodji

ali ostalimi deli stroja.

Slika 4.26: Parametrično programiranje [38]


- 29 -

5 NAVIJALNO-UPOGIBNI CNC-STROJI


Navijalno-upogibni CNC-stroji (angl. spring formers) nam, s svojim modularnim sestavom

orodij in pribora, služijo za izdelavo najkompleksnejših oblik vzmeti in vseh vrst krivljenih

elementov iz žice. Osnovni princip izdelave na teh strojih, ki ga prikazuje slika 5.1, vsebuje

vse osnovne tehnološke operacije upogibanja žice (slika 5.2).

0 – žica, 1 – vrtljiva puša, 2 – nož za navijanje, 3 – upogibni nož, 4 – nož za podporo,

5 – namenski nož

Slika 5.1: Osnovni princip izdelave na navijalno-upogibnih strojih (prirejeno po [9])

Žica (0) pride do mesta, kjer se vršijo delovne operacije, z različnih strani pa prihajajo

upogibna orodja - noži. Navijalni nož (2) nam služi za navijanje vzmeti, upogibni noži (3) pa

omogočajo upogibanje z različnih strani. Običajno upogibamo kar na rotirajoči puši (1), kadar

pa to ni izvedljivo, nam podporni noži (4) omogočajo potrebno podporo za upogibanje.

Namenski noži s koleščkom (5) nam služijo za kompleksnejše operacije upogibanja.

a) upogibanje b) navijanje c) upogibanje okrog podpore

Slika 5.2: Tehnološke operacije na navijalno-upogibnih strojih [10]


- 30 -


Osnovno opremo stroja sestavljajo dve ali več neodvisno krmiljenih osi, gnanih z lastnimi

servo-motorji (slika 5.3). Obdelovalni sistem je sestavljen iz vlečnega sistema z ravnalno

linijo, vrtljive puše in večjega števila drsnikov s potrebnimi orodji.

1 – vlečno-ravnalni sistem, 2 – pogon drsnikov, 3 – krivulja ekscentra, 4 – drsnik z nosilcem

orodja, 5 – orodje, 6 – vrtljiva puša, 7 – ogrodje stroja, 8 – računalnik.

Slika 5.3: Navijalno-upogibni CNC-stroj (prirejeno po [3])

Vlečni koluti vlečejo žico skozi ravnalno linijo (1) v rotirajočo pušo (6) do mesta

upogibanja. Upogibanje opravlja več drsnikov (4) na katerih so nameščeni nosilci s

pripadajočimi orodji (5). Drsniki so nameščenih po celotnem obodu stroja. Gibanje drsnikov

je krmiljeno z krivuljami ekscentrov (3), ki dobivajo pogon od servo-motorja (2).


- 31 -

5.2.1 Vlečni sistem z ravnalno linijo

Vsi navijalno-upogibni stroji vsebujejo ravnalne linije za pripravo žice pred upogibanjem.

Ravnanje je podobno kot pri navijalnih strojih, s to razliko, da so ravnalna linija in vlečni

koluti nameščeni na zadnji strani stroja.

Žica je s sistemom vlečnih kolutov vlečena skozi horizontalno-vertikalno linijo za

ravnanje žice. Pritisk vlečnih kolutov lahko uravnavamo ročno ali numerično z vnosom

vrednosti glede na trdoto žice. CNC-krmiljeni vlečni sistem zagotavlja eksaktno in natančno

pozicioniranje žice k orodju.

Vlečni sistem z ravnalno linijo je lahko fiksno pritrjen na ogrodje stroja (slika 5.4 a) ali

pa je vrtljiv in krmiljen s samostojnim pogonom (slika 5.4 b). Tak sistem omogoča rotiranje

žice med postopkom obdelave.

a) fiksni vlečni sistem (prirejeno po [4]) b) rotirajoči vlečni sistem (prirejeno po [10])

Slika 5.4: Vlečni sistem z ravnalno linijo


- 32 -

5.2.2 Puša

Puša (slika 5.5) nam služi kot podpora pri upogibanju in navijanju vzmeti. V njo je vstavljen

vložek, običajno iz karbidne trdine, ki omogoča odrez žice. Puša je lahko mirujoča ali pa

rotira. Pri variantah z vrtljivo pušo lahko navijamo in režemo žico v poljubnih smereh.

Slika 5.5: Vrtljiva puša (prirejeno po [11])

5.2.3 Drsniki z orodjem

Standardna oprema zajema do osem drsnikov, ki so lahko različnih oblik in izvedb. Krmiljeni

so lahko neposredno s krivuljo ekscentra (slika 5.6 a) ali pa z dodatnim vzvodom (slika 5.6 b).

a) neposredno krmiljen drsnik b) drsnik krmiljen s krivuljo in vzvodom

Slika 5.6: Drsnik z orodjem (prirejeno po [44])


- 33 -

Pri neposredno krmiljenih drsnikih je orodje nameščeno na nosilcu orodja. Ta je pritrjen na

drsnik, ki je direktno voden preko ekscentra, za vračanje drsnika skrbijo vzmeti. Upogibanje

oz. odrez žice se vrši na vrtljivi puši. Položaj drsnika in s tem položaj orodja napram žici v

puši lahko uravnavamo z zasukom drsnika po vodilih.

Vsi drsniki imajo skupni pogon, ki preko zobatega venca žene ekscentre drsnikov

nameščene po obodu mize (slika 5.7). Celotna vzmet se izdela pri enem zasuku osi za 360°.

Od lege in oblike ekscentra sta odvisna začetek in čas delovanja posameznega orodja. Položaj

drsnikov lahko spreminjamo pod poljubnim kotom po celotnem obodu mize.

Slika 5.7: Pogon drsnikov (prirejeno po [12])

5.3 Vrste navijalno-upogibnih CNC-strojev

Navijalno-upogibni stroji so se pojavili na trgu pred 25 leti, njihovo delovanje, upravljanje in

hitrost pa se neprestano izpopolnjujejo in izboljšujejo. Glede na število uporabljenih

neodvisno krmiljenih pogonov ločimo 2-, 4-, 8- 10- in 16-osne stroje.


- 34 -

5.3.1 2-osni stroji – visokohitrostni

2-osni stroji (slika 5.8) predstavljajo najosnovnejšo obliko navijalno-upogibnih CNC-strojev.

Namenjeni so za proizvodnjo izdelkov enostavnejših oblik, zaradi svoje togosti pa omogočajo

visoke delovne hitrosti. Stroj ima dve neodvisno krmiljeni osi in sicer:

os za vlečenje oz. podajanje žice in

os, ki krmili ekscentre drsnikov.

Za izdelavo novega kosa, je pri prehodu iz ene nastavitve stroja na drugo potrebno

ogromno ročnega manipuliranja. Potrebno je zamenjati krivulje ali ponastaviti njihove

položaje v vseh ekscentrih drsnikov, ponastaviti je treba položaje drsnikov z orodji napram

žici, zamenjati orodje in vse to uskladiti z delovnim programom. To pa zahteva velik

pripravljalni čas in veliko izkušenj upravljalca. Majhna fleksibilnost je največja slabost teh

strojev, zato so namenjeni predvsem za enostavne oblike vzmeti, velike serije in

visokoproduktivno proizvodnjo.

Slika 5.8: 2-osni navijalno-upogibni stroj [44]


- 35 -

5.3.2 4 do 8-osni stroji – standardni

Imajo standardno vgrajene 4 neodvisno krmiljene osi (slika 5.9):

os za podajanje žice, vrtljiva puša,

os, ki krmili ekscentre drsnikov, vrtljiv vlečni sistem,

ki jim je možno dodati še:

samostojne servo-enote za navijanje (angl. servo-spiner) in

servo-drsnike z lastnim pogonom (angl. servo-liner).

Slika 5.9: 4-osni navijalno-upogibni CNC-stroj (prirejeno po [12])

Ker pri standardnih izvedbah strojev nismo mogli izdelovati upogibov z majhnimi radii in

upogibov večjih od 90º, so proizvajalci stroje opremili s samostojnimi servo-enotami z

lastnim rotacijskim gibanjem (servo-spinerji) za upogibanje okrog lastne osi in ne na puši kot

pri običajnih izvedbah (slika 5.10 a). Drsnike z lastnim servo-pogonom za premočrtno gibanje

(servo-linerji), ki služijo za upogibanje, odrez žice ali kot nosilci orodij, okrog katerih lahko

upogibamo (slika 5.10 b) uporabljamo takrat, ko želimo, da njihovo delovanje ni odvisno od

delovanja glavne osi stroja. Sistem nam sicer upočasni delovanje stroja, vendar nam omogoča

izdelovanje kompleksnejših oblik izdelkov.


- 36 -

a) servo-spiner[13] b) servo-liner[13]

Slika 5.10: Dodatne servo-enote z lastnim pogonom

Dodatne operacije, ki jih lahko opravljajo te samostojne servo-enote so predvsem

upogibanje in navijanje okrog lastne osi, pridržavanje žice oz. kosa ter odrez žice (slika 5.11).

Slika 5.11: Dodatne operacije samostojnih servo-enot (prirejeno po [10])

Dodatne možnosti pridobimo še z rotirajočo pušo (slika 5.12 a) in rotirajočim vlečno-

ravnalnim sistemom (slika 5.12 b), ki nam vrti žico za poljuben kot okrog svoje osi, tako, da

sedaj ni več potrebe po ročnem premikanju in nastavljanju položaja drsnikov z orodjem.

Slika 5.12: Rotirajoča puša in rotirajoč vlečno-ravnalni sistem [58]


- 37 -

Posebne izvedbe teh strojev imajo neodvisno krmiljene vse osi ekscentrov (slika 5.13).

Hitrost in čas posredovanja vsakega servo-motorja spreminjamo z vnašanjem parametrov v

program. Ker koordinacijo medsebojne odvisnosti posameznih osi opravi računalnik

avtomatsko, je čas nastavljanja minimalen.

Slika 5.13: Krmiljenje vseh osi s servo-motorji (prirejeno po [4])


- 38 -

5.3.3 10 do 16-osni stroji – specialni

Imajo zraven vseh prej omenjenih osi in dodatnih enot dodane še:

servo-enote za navijanje z navijalno glavo z več radii,

os za pomik puše v horizontalni smeri (slika 5.14).

Slika 5.14: Horizontalni pomik puše [48]

Veliko število neodvisnih računalniško krmiljenih servo-pogonov zagotavlja popolno

oblikovalno fleksibilnost stroja s hitro in prilagodljivo namestitvijo (slika 5.15). Stroji so

namenjeni za izdelavo najkompleksnejših oblik vzmeti in krivljenih žičnih elementov.

Slika 5.15: Obdelava z enotami z lastnim pogonom (prirejeno po [25])


- 39 -

Obdelavo na teh strojih prikazuje tudi slika 5.16.

Slika 5.16: Obdelava na stroju Wafios FMU 6 [67]

5.3.4 Dodatne enote

Za izdelavo nateznih vzmeti je osnovni izvedbi stroja dodana dodatna enota za izdelavo

drugega ušesa (prvo uho izdelamo direktno na stroju). Enota je lahko kot samostojna ali pa je

montirana na stroj (slika 5.16).

Slika 5.17: Dodatna enota za izdelavo nateznih vzmeti [51]


- 40 -

5.4 Posebne izvedbe navijalno-upogibnih CNC-strojev

Med posebne izvedbe navijalno-upogibnih CNC-strojev spadajo stroji s pomičnim okvirjem

in stroji s pomično mizo in avtomatskim izmenjevalcem za orodje.

5.4.1 Stroji s pomičnim okvirjem

Glavni element stroja je pomični okvir na katerega so montirana orodja in samostojne

upogibno-navijalne enote (slika 5.18).

Pomični okvir (2) na katerem so montirani nosilci z orodji in navijalno-upogibne enote je

pomičen v smeri osi x in je nameščen na okvir (1), ki se pomika v smeri osi y. Servo-motorja

(3) in (4) pomikata oba dela okvirja okrog vrtljivega jedra-puše, pri tem se pa izvajajo

delovne operacije (navijanje, upogibanje, odrez). Slika 5.19 prikazuje obdelavo na stroju s

pomičnim okvirjem.

1 – nosilni okvir

2 – okvir z orodji

3 – pogon nosilnega okvirja

4 – pogon okvirja z orodji

5 – navijalno-upogibna

enota

6 – vrtljiva puša

7 – nosilec z orodjem

Slika 5.18: Stroj s pomičnim okvirjem (prirejeno po [26])


- 41 -

Slika 5.19: Obdelava na stroju s pomičnim okvirjem Wafios FMK [39]

5.4.2 Stroji s pomično mizo

Druga oblika posebnih izvedb so stroji s pomično mizo, ki so že prave upogibno-navijalne

celice (slika 5.20). Stroj ima dva kompleta 3-dimenzionalno krmiljenih servo-drsnikov z

rotacijskimi izmenjevalniki za orodje, na katere se lahko montira kombinacija do 12 različnih

vrst standardnih in specialnih orodij.

Dodatni neodvisni servo-pogoni krmilijo rotacijski vlečno-ravnalni sistem, rotirajočo

pušo, odrezni drsnik in morebitne pomožne drsnike.

Rotacijski ravnalno-vlečni sistem z vrtenjem žice omogoča izdelavo kompleksnih oblik

brez potrebe po spreminjanju položaja drsnikov z orodjem. Stroj ima dodan še zunanji

dodajalni servo-motor, ki pomaga operaterju pri vstavljanju žice v stroj.

Zahtevano orodje za oblikovanje vzmeti se izbira z uporabo rotacijskega izmenjevalca

(slika 5.21 b), ki je krmiljen z delovnim programom. Orodja v rotirajočem magazinu se

izmenjujejo ročno, glede na potrebne tehnološke operacije in dimenzije žic. Obdelavo na

stroju prikazuje slika 5.21 a.


- 42 -

Slika 5.20: Navijalno-upogibna celica s pomično mizo Itaya RX-60 [62]

a) obdelava na stroju [61]

b) zgradba izmenjevalca - prirejeno po [14]

Slika 5.21: Rotirajoči izmenjevalec z orodji


- 43 -

5.5 Programiranje navijalno-upogibnih CNC-strojev

Podobno kot pri navijalnih strojih lahko tudi te programiramo na več načinov:

z vnašanjem ukazov in vrednosti za posamezno os,

programiranje s prenašanjem vrednosti,

z risanjem oblike želene vzmeti.

5.5.1 Programiranje z vnašanjem ukazov

Je programiranje, kjer z vpisovanjem programskih ukazov in vrednosti pomikov za

posamezno os izdelamo celoten program. Programiranje zahteva ogromno izkušenj

upravljalca in izdelavo večje količine poskusnih vzorcev za ugotavljanje ustreznosti.

5.5.2 Programiranje s prenašanjem vrednosti

Je programiranje, kjer z ročnim manipulatorjem premikamo posamezne osi stroja in tako

ročno izdelamo vzmet. Vrednosti posameznih osi prenesemo v program, katerega ukaze

vnašamo ročno. Ročno vnesemo tudi vse tehnološke parametre.

5.5.3 Programiranje z risanjem vzmeti

Pri tem načinu operater s preprostim programskim orodjem (slika 5.22 a) izriše želeno vzmet.

Računalnik izkoristi geometrijske podatke vzmeti in jih direktno uporabi za izračun vseh

potrebnih pomikov orodij ter izdelavo delovnega programa. Po izdelavi prvega kosa in

kontroli njegove ustreznosti, sledijo korekcije, ki jih opravi operater s spreminjanjem

vrednosti v programu.

Novejši stroji vsebujejo grafične programe z možnostjo grafične simulacije gibanja

orodij in žice. Vizualizacija tega gibanja nam pomaga pri preprečevanju morebitnih trkov med

posameznimi orodji in žico (slika 5.22 b).


- 44 -

a) Programski sistem Wafios WPS3 [40] b) grafična simulacija obdelave [39]

Slika 5.22: Grafično programiranje

5.6 Kontrola in nadzor kakovosti

Kontrola vzmeti, predvsem njene dolžine in kotov med posameznimi konci, med

obratovanjem stroja se vrši s kontrolnim tipalom v obliki igle. Kadar konec vzmeti dotakne

tipalo ustvari kontakt, program ustavi nadaljnje podajanje žice in izvede prehod v naslednjo

delovno operacijo. Če se žica v predpisanem stavku delovnega programa ne dotakne igle, se

stroj ustavi in potrebne so korekcije nastavitev stroja. S kontrolno iglo lahko kontroliramo

tudi premer in ostale dimenzije vzmeti.

Slika 5.23: Kontrola s kontrolnim tipalom – iglo [4]


- 45 -

1 2

1 3

4

6 KRIVILNI CNC-STROJI


Krivilni CNC-stroji so namenjeni za izdelavo kompleksnih dva in tridimenzionalnih izdelkov

iz žice vseh geometrijskih oblik.

Osnovni princip delovanja teh strojev je upogibanje predhodno poravnane žice na

krivilni glavi. Upogibamo lahko okrog čepa z upogibnim radiem, ki je na krivilni glavi ali pa

okrog radia vodila za upogibanje, ki ga imenujemo tudi upogibni nos (slika 6.1).

1 – vodilo za upogibanje (upogibni nos), 2 – žica, 3 – upogibna glava

Slika 6.1: Osnovni princip upogibanja (prirejeno po [19])


Obdelovalni sistem 3D-krivilnega stroja sestavljajo elementi prikazani na sliki 6.2.

1 – ravnalna linija, 2 – vlečni sistem, 3 – rotirajoča roka s krivilno glavo, 4 – ogrodje stroja

Slika 6.2: Glavni deli krivilnega stroja [52]


- 46 -

Ravnalna linija (1), je sestavljena iz dveh nizov valjev v vertikalni in horizontalni smeri,

pri debelejših žicah je, zaradi boljše izravnave žice, dodan dodatni par ravnalnih nizov, ki je

glede na prvega zamaknjen za 45˚. Vlečni sistem (2) je sestavljen iz dveh ali štirih parov

vlečnih valjev, kar je odvisno od velikosti in področja uporabe stroja. Rotirajoča roka z

orodjem (3) služi za upogibanje žice in je po obliki in kinematiki gibanja podobna robotski.

Eden glavnih elementov stroja je tudi avtomatski odvijalec žice, ki je povezan z

osnovno enoto stroja in je z njo sinhroniziran. Stroj vleče žico iz avtomatskega odvijalca skozi

ravnalne linije in jo podaja do upogibne glave, katera jo upogiba v ravnini x-y.

Tridimenzionalno upogibanje dosežemo z 360˚ rotacijo upogibne roke okrog osi z, ki poteka v

smeri osi žice.

Pri upogibanju zelo dolgih kosov so pričele nastopati težave, ker se je med izdelavo,

zaradi velike dolžine žice, pojavilo precejšnje nihanje izdelka. Iz tega razloga, so se

izdelovalni časi precej podaljšali, saj je bilo treba počakati, da se nihanje popolnoma umiri.

Dodatne težave je povzročal tudi poves zaradi lastne teže izdelka, ki je vplival na natančnost

izdelkov. Kot rešitev, so proizvajalci strojev le te opremili z dodatno mizo, montirano na

upogibno roko in pomično v smeri pravokotno na njo (slika 6.3). Miza služi za pridržanje

kosa med upogibanjem ter preprečuje njegovo nihanje in poves.

Slika 6.3: Miza za pridrževanje kosa [52]


- 47 -

6.3 Vrste krivilnih CNC-strojev

V osnovi ločimo dve glavi skupini krivilnih strojev:

2D-krivilne stroje za upogibanje ravninskih kosov in

3D-krivilne stroje za upogibanje prostorsko krivljenih kosov.

Osnovne izvedbe strojev imajo 3 neodvisno krmiljene osi in sicer:

os za podajanje žice,

os upogibne glave za upogibanje žice,

os za vrtenje upogibne roke okrog žice pri izdelavi 3D-izdelkov.

Novejši stroji imajo dodane še osi za:

kontrolo pritiska v vlečnih valjih,

vertikalni in horizontalni pomik upogibne glave na upogibni roki,

horizontalni pomik vodila za upogibanje (upogibnega nosu).

6.3.1 Ravninski 2D-krivilni stroji

So visokoproduktivni stroji namenjeni za izdelavo enostavnejših ravninskih izdelkov,

krivljenih samo v dveh dimenzijah. Slika 6.4. prikazuje princip obdelave na teh strojih.

Krivilna glava je stacionarno vgrajena na pomični enoti in opravlja krožno gibanje

upogibnega orodja. Pomična enota omogoča pomik v horizontalni smeri a in vertikalni smeri

b. Horizontalni pomik pomične enote nam omogoča, da dosežemo poljubno točko upogibanja,

krožno gibanje orodja pa, da dosežemo želeni kot upogibanja. Vertikalni pomik pomične

enote nam služi za umik glave po upogibanju, možna pa je tudi montaža stopničastega orodja

z več radii. Takrat z vertikalnim pomikom določimo kateri radij upogiba bomo uporabili.

Neskončno vrtenje vretena z glavo omogoča poljuben zasuk glave in tako je možna izdelava

tudi zaprtih zank brez dodatne opreme.

Vlečni sistem nam služi za podajanje žice v smeri c. Vlečni koluti vlečejo žico skozi

ravnalno linijo, kjer se ta zravna, do mesta upogibanja.


- 48 -

Slika 6.4: Ravninski 2D-krivilni stroji (prirejeno po [32])

Slika 6.5 na prikazuje tipičnega predstavnika te skupine strojev.

Slika 6.5: Ravninski 2D-krivilni stroj BC-50 proizvajalca New Form Tech [49]


- 49 -

6.3.2 Prostorski 3D-krivilni stroji

Namenjeni so za izdelavo kompleksnejših prostorsko krivljenih izdelkov iz žice. Ločimo:

3D-krivilne stroje z rotirajočo roko in

3D-krivilne stroje z rotirajočo žico.

3D-krivilni stroji z rotirajočo roko

Glavni element strojev (slika 6.6.) je rotirajoča roka (1), ki rotira okrog žice in vsebuje eno ali

več krivilnih glav (3). Žico (2) vlečno-ravnalni sistem pomika v smeri osi x, krivilna glava

nameščena v upogibni roki pa z rotacijo okrog osi y izvaja upogibanje žice. Za izdelke z več

krivilnimi radii se uporabljata dve ali več krivilnih glav (slika 6.7).

1 – upogibna roka, 2 – žica, 3 – upogibna glava

Slika 6.6: 3D-krivilni stroj z rotirajočo roko (prirejeno po [19])

Slika 6.7: Rotirajoča roka z upogibnimi glavami (prirejeno po [19] )


- 50 -

Tipičen primer 3D-krivilnega stroja z rotirajočo glavo prikazuje slika 6.8.

Slika 6.8: 3D-krivilni stroj z rotirajočo glavo MB-R podjetja New Form Tech [57]

3D-krivilni stroji z rotirajočo žico

So podobni ravninskim 2D-krivilnim strojem, s to razliko, da krivljenje v prostoru dosežemo

z rotacijo vlečno-ravnalnega sistema, ki rotira žico za poljuben kot okrog njene osi (slika 6.9).

Slika 6.10 prikazuje tipično krivilno celico z rotirajočim vlečnim sistemom.

Slika 6.9: Rotirajoči vlečno-ravnalni sitem [41]

Slika 6.10: 3D-krivilni stroj BM 90 podjetja WAFIOS [41]


- 51 -

6.4 Posebne izvedbe krivilnih CNC-strojev

Med posebne izvedbe krivilnih CNC-strojev spadajo predvsem večglavi krivilni stroji.

Večglavi krivilni stroj (slika 6.11) zagotavlja večjo zmogljivost pri upogibanju izdelkov

z mnogimi upogibi. Njegova uporabnost je še posebej izrazita pri simetrično enakih kosih, saj

se izdelovalni časi v odvisnosti od števila uporabljenih glav močno skrajšajo. Iz

Documents

UPOGIBANJE ŽICE - CORE · 2017. 11. 28. · VI PREGLED SODOBNIH CNC-STROJEV ZA UPOGIBANJE ŽICE Ključne besede: CNC-stroji, žica, upogibanje žice, navijanje žice, izdelava vzmeti