Celovit pristop k visoko-učinkoviti obdelavi


Celovit pristop k visoko-učinkoviti obdelavi


Vse večja konkurenca in zahteve naročnikov spodbujajo neprestan razvoj tudi na področju visoko hitrostnih obdelav. Podjetja se vse bolj zavedajo kako pomembna je visoko-učinkovita obdelava zahtevnih izdelkov.  Za celovit pristop moramo v procesu upoštevati več dejavnikov kot so orodje, priprava orodja, vpetje, stroj…V visoko-učinkovitih postopkih odrezavanja, zasledujemo bodisi velike odvzeme materiala obdelovanca, najdaljšo obstojnost orodja ali npr. krajši čas obdelave. Na to vplivajo različni dejavniki katerih vpliv na to moramo poznati in upoštevati za vsak posamezen primer obdelave posebej. Ti dejavnik so lahko: visoka rezalna hitrost, velika podajalna gibanja orodja, zapletena  geometrija oblike konice orodja, spremenjene stabilnostne razmere obdelovalnega stroja,  pravilno in togo vpenjanje orodja…..  S pravilno izbiro tehnologije izdelave, izbiro optimalnega rezilnega orodja, kakovostnih in togih vpenjal, merjenjem geometrije  orodja in balansiranjem dosežemo zelo kvalitetno obdelavo in nižjo ceno na izdelan kos. Zmanjšamo tudi vpliv obdelav na vreteno stroja in s tem bistveno povečano življenjsko dobo vretena stroja.

Pri proizvodnji izdelkov in orodij se podjetja srečujejo z vedno krajšimi roki izdelave ter zahtevami kupcev po čim cenejšem in kvalitetnem proizvodu in s tem proizvodnji. Podjetja zato veliko pozornosti namenjajo učinkoviti proizvodnji in izboljšanju produktivnosti. Tehnologija obdelav in nenehen razvoj orodij omogočata obdelave z vedno višjimi obdelovalnimi režimi. Da lahko učinkovito izkoristimo možnosti katere nam omogoča rezilno orodje in stroj potrebujemo tudi primerno vpenjalno orodje katero moramo tudi ustrezno pripraviti. Velik problem pri obdelavah je neustrezna priprava orodja, katera lahko povzroča oplet orodja kateri lahko povzroči prevelike vibracije, preobremenitev določenih rezilnih robov, slabšo obdelavo, delo z manjšimi režimi ter povečano obremenitev ležajev v vretenu in posledično življenjsko dobo vretena ter večje stroške vzdrževanja in življenjske dobe opreme.

S pravilnim pristopom lahko bistveno zmanjšamo stroške rezilnega orodja, izboljšamo učinkovitost, kakovost obdelav, skrajšamo cikle obdelav ter zmanjšamo stroške vzdrževanja opreme. Pravilen pristop in rešitve za pripravo orodja zagotavljajo natančnost, vzdržljivost in zanesljivost, kar ne pomeni le podaljšanja življenjske dobe rezalnega orodja, temveč lahko zaradi učinkovitejše obdelave zaradi izboljšanega oprijema in iztekanja zagotovi tudi zmanjšanje porabe energije. Daljša življenjska doba orodja pomeni, da je mogoče z istim orodjem izvesti več operacij in procesov, kar zmanjša stroške zalog in potrošnega materiala ter omogočata večjo produktivnost in trajnost ter varčujeta z energijo in prispevata k večji donosnosti proizvodnje.

PRAVILNA IZBIRA VPENJALNEGA TRNA

Pomembno vlogo pri obdelavah ima pravilna izbira vpenjalnega trna. V sodobnih proizvodnih procesih je potrebno uporabljati držala katera zagotavljajo:

  • Dober kontakt trna z vretenom
  • Run-out centričnost
  • Togost
  • Dušenje vibracij
  • Moč vpenjanja
  • Vzdržljivost

Velik problem pri  obdelavah je opletanje orodja. Opletanje lahko povzroči prevelike vibracije. Rezilni materiali imajo visoko odpornost proti obrabi in veliko temperaturno odpornost, ter praviloma majhno žilavost. Karbidna orodja bodo, na primer, prej počila kot jeklena orodja. Bolj eksotični orodni materiali, kot npr. diamant, pa so še bolj krhki. Pri visokih hitrostih so enakomerno razporejene obremenitve frezala bistvenega pomena za dosego sprejemljive življenjske dobe orodja iz teh materialov.

Pri vpenjanju orodja s pušami priporočamo uporabo trnov proizvajalca NIKKEN kateri  je priznan proizvajalec vpenjalnega orodja za obdelovalne centre. V svojem programu ima med drugim trne Multi Look kateri zagotavljajo visoko centričnost vrtenja in so primerni za visoke vrtljaje do 30.000 min-1, balansirani pa so na G2.5. ter trne za puše SK kateri so primerni za visokohitrostno obdelavo do 50.000 vrt/min



Run-out centričnost: 0.005μm pri 3 x D


Standardni trni slabo dušijo vibracije, obstojnost orodja je zato krajša. Trni z dušenjem nimajo vibracij, obdelana površina je zelo kakovostna, orodje ima daljšo obstojnost. Trni NIKKEN so zasnovani tako da se uspešno spopadajo z vibracijami na način da ko se vibracije prenesejo iz rezilnega robu na trn (svetlo siva), se radialne vibracije dušijo v stožcu trna (roza). Axialne vibracije se dušijo v diskasti prednapeti vzmeti.  Tako se zadušijo vse vibracije na trnu. Tako ne prihaja do tresenja med trnom in vretenom. Dosežemo stabilno obdelavo.



ČIŠČENJE TRNOV

Pravilna izbira ustreznega vpenjalnega trna igra zelo pomembno vlogo pri stabilnosti procesa, kvaliteti obdelav, življenjski dobi orodja. S kvalitetnimi vpenjalnimi trni prihaja tudi do manj poškodb na stroju in vretenu stroja. Zelo pomembno vlogo pri tem ima visoka togost med vretenom in trnom katera zmanjša obrabo vpenjalne površine. Čista stožčasta držala orodja so bistvena za natančno izdelavo z ustreznimi orodji. Čista držala zagotavljajo natančnost na rezalni površini:

  • Zmanjšajte količino izmeta
  • Povečajo življenjsko dobo orodja
  • Manjši vpliv na vreteno stroja
  • Zagotavlja visoko natančnost in zanesljivost procesa
  • Ohranja natančnost celotnega orodnega sistema

Tudi minimalni ostanki umazanije lahko povzročijo težave pri doseganju kvalitetnih obdelav in bistveno vplivajo na stanje vretena.



Samo čiščenje stožcev vpenjalnih trnov je bilo včasih zamudno in zahtevno opravilo.  Spoznanje kako pomembno je čiščenje trnov je vodilo v razvoj naprav. Modularna čistilna naprava za čiščenje podjetja  KELCH RoWi2 nam  tako nudi vse, kar potrebujemo za kvalitetno in učinkovito čiščenje.



Samo modularno napravo odlikuje robustno ohišje z integriranim časovnim stikalom, ki preprečuje neprekinjeno delovanje naprave, ergonomska oblika za varno in enostavno uporabo, odporna je  na rjo in hladilna maziva in zagotavlja hitro, nežno in zanesljivo čiščenje zelo umazanih ali smolnih držal orodja. Z uporabniku preprosto nastavitvijo omogoča čiščenje različnih trnov.

 

MERJENJE ORODJA



Preden pričnemo z obdelavo moramo nastaviti orodje ter vnesti meritve v stroj. To opravilo je zelo zamudno in med opravljanjem postopka stroj ne deluje in s tem nam ne prinaša prihodka. Sama nastavitev orodja je proces ugotavljanja podatkov o geometriji, npr. dolžine, polmera oz. premera rezalnega orodja, s pomočjo naprave za nastavljanje orodij in namenske programske opreme. Pogosto je lahko iskanje orodja v zbirki podatkov stroja za prednastavitev naporno in dolgotrajno opravilo, ki po nepotrebnem izgublja čas. Zahvaljujoč novemu sistemu za samodejno prepoznavanje orodja, postane identifikacija enostavna in hitra. Povezava edinstvene kode podatkovne matrike z vsakim fizičnim orodjem omogoča njegovo identifikacijo v tabelah orodij, shranjenih v stroju za prednastavitev. S to edinstveno kodo je mogoče poiskati eno samo orodje v vseh shranjenih podatkovnih zapisih. Nekatere tehnologije nastavljanja orodij so zmožne tudi ugotavljanja podatkov o radialnem/linearnem profilu in o stanju rezalnega roba. Brezkontaktni sistemi proizvajalca NIKKEN HATHOR SIX A za nastavljanje orodij zaznavajo prisotnost orodja in s pomočjo optike in s funkcijo SAMODEJNO IZOSTRENJE, ročno posredovanje operaterja ni potrebno. Prav tako lahko nastavite prednost merjenja za os X ali Z. Ravno tako ni potrebno vnašati podatkov saj programska oprema samodejno prepozna število rezalnih robov in glede na velikost orodja poveča ali zmanjša hitrost vrtenja za boljši zajem meritev. Novo razvita funkcija samodejnega merjenja na Hathor SIX Presetter uvaja funkcijo, ki je edinstvena na tej vrsti stroja. Ko se izvede 'samodejno merjenje', se vreteno vrti s hitrostjo, ki se izračuna na podlagi obrobnega premera orodja, da se zagotovi, da je rezni rob zajet z najvišjo stopnjo natančnosti. Poleg tega, ker se približuje najvišja točka vsakega posameznega reznega roba, programska oprema izračuna pojemek in pospešek vretena, da se zagotovi absolutno natančno merjenje vsakega reznega roba. To je za razliko od drugih strojev na trgu, ki uporabljajo eno stalno vrtilna hitrost, ki temelji na nastavljenem premeru orodja, namesto tega pa povezujejo funkcijo samodejnega merjenja presetterja s premerom orodja, ki se meri. Uporaba naravnega granite za podnožje in steber zagotavlja toplotno in dimenzijsko stabilnost, zaradi česar je ta stroj natančen in zanesljiv. Struktura je izdelana tudi iz visoko mehansko odpornega nerjavečega jekla, zaradi česar je izjemno robustna. Stroj, ki dobesedno zdrži preizkus časa. Hathor SIX A je opremljen z merilnim območjem premera 400 mm in višine 600 mm, zamenljivo rotacijsko vreteno je opremljeno s pnevmo-mehansko zavoro vrtenja, premikanje osi pa je ročno (sprostitev poteka preko enega pnevmatskega nadzor). Prav tako lahko uporabljajo zamenljiva vretena za vse vrste strojnih konusov (ISO, BT, DIN, HSK ali poligonalni konus). Hathor SIX A je lahko opremljen z novim sistemom za samodejno prepoznavanje orodja. Uporabniški vmesnik prikazuje vse glavne funkcije prednastavitve na enem samem zaslonu. Ker je uporabniško zelo prijazen, vsakemu operaterju z osnovno izobrazbo omogoča merjenje X, Z, kotov in radijev. Te različice imajo tudi možnost naknadne obdelave in pošiljanja korektorjev orodja neposredno v najpogostejše numerične kontrolnike. Hitro gibanje je združeno s fino nastavitvijo, kar vam omogoča enostavno zaznavanje rezalnega robu. Poleg tega lahko z uporabo programske opreme TD SIX, ki jo je razvil Elbo Controlli NIKKEN, pridobite meritve orodja, jih nato vstavite v preglednico orodij in ustvarite datoteko, ki vsebuje odmike orodja. Programska oprema TD SIX obdeluje podatke v več kot 50 CNC postprocesorskih formatih. Sistem za integracijo TP32 je ključna programska komponenta ki povezuje orodje z aplikacijami v proizvodnji. Izmerjeno orodje v napravi za nastavitev orodja poveže z CNC obdelovanim strojem, CAD/CAM sistemom in avtomatizirano omaro za skladiščenje orodja. Omogoča celovito upravljanje zalog, vzdrževanje orodij, načrtovanje virov, integracijo s skladišči ter izmenjavo podatkov z ERP in CAD sistemom. Upravljanju sistema TP32 je namenjen desni 22' zaslon na dotik, zato imamo stalno viden nadzor nad sistemom.


Z uporabo naprave bistveno skrajšamo čas menjave orodij na stroju. Po izvedenem merjenju orodja je potrebno orodje še balansirati.


BALANSIRANJE

Dobro in gladko delovanje orodij in drugih rotacijskih teles je nepogrešljivo. Nepogrešljivi so tudi inteligentni sistemi za uravnoteženje.

Balansiranje je kompenziranje neenakomerno razporejene mase na vrtečem kosu. Pri vrtenju (v našem primeru večinoma okroglih kosov) se zaradi toleranc pri izdelav, ali pa zaradi potrebe po takem izdelku (primer pritrdilni vijak na weldon t rnu) v praksi vedno povzroči debalans.

Debalans je, ko gravitacijski center kosa ( S ), zaradi debalansirane mase ( Mu) ni na osi vrtenja kosa. Večja kot je razdalja med osjo vrtenja in S, večji je debalans ( razdaljo predstavlja količina e ).


M u = debalansirna masa ( g )

r = razdalja od osi vrtenja do središča debalansirne mase ( mm )

M = masa kosa

e   = razdalja med osjo vrtenja in gravitacijskim centrom kosa

S = garavitacijski center kosa


Balansirati je potrebno vedno ko  se pojavi  ena od teh situacij:

  • Pri delovnih hitrostih nad 8000min -1
  • Za nesimetrične rotorje
  • Pri uporabi trdih rezalnih ploščic
    (npr. keramika, CBN, PCD)
  • Za stroje s keramičnimi ali hibridnimi ležaji

 

KJE SE POJAVI DEBALANS?

  • Vreteno stroja

Balasiranje vretena CNC stroja je zapleten postopek, ki ga lahko opravi samo za to usposobljen serviser. Običajno se balasiranje vretena opravlja na daljše časovno obdobje ali v primeru, da je prišlo do preobremenitve ali naleta pri obdelavi. Balansiranje vretena vam lahko ponudimo v okviru BTS servisa.

  • Vpenjalni trn 

Debalans vpenjalnih trnov varira glede na proizvajalca in način vpenjanja. Imajo standardiziran dovoljen debalans. Običajno, proizvajalec navede ta podatek v opisu trna. Število sestavnih delov v samem trnu lahko vpliva na končno točnost trna, tako na primer veljajo nakrčni, trni na SK puše proizvajalca NIKKEN in hidravlični trni za najbolj precizna vpetja na t ržišču.

  • Rezilno orodje

Standardna rezilna orodja, kot so svedri, rezkarji, povrtala so običajno simetričnih oblik in sorazmerno majhnih mas, glede na vpenjalne trne, tako, da samo orodje pred obdelavo ni potrebno balansirati.

Na balansirnih napravah balansiramo sestav vpenjalnih trnov ( z vlečnimi vijaki ) in rezilnega orodja.



VPLIV DEBALANSA

Debalans povzroča centrifugalno silo, ta pa vpliva na:

  • Življenjsko dobo vretena ( povečana obremenitev ležajev )
  • Oplet orodja, kar pomeni preobremenitev določenih rezalnih Na primer pri precizni obdelavi obdelava z predpisanim pomikom 0,02 mm/vrt in z debalansom 0,01mm lahko povzroči dvojni pomik na rezilnem robu.
  • Oplet orodja, kar pomeni slabšo obdelavo
  • Zmanjševanje predpisanih parametrov

NAČINI BALANSIRANJA

Statično balansiranje

St atično balnsiranje lahko smatramo kot osnovno balansiranje. St atični debalans je možno meriti z rotacijskim merilnim strojem ali z balansirnim tehtnicami, kjer se merjenec ne vrti. Pri rotaciji merjenca se pojavljajo centrifugalne sile pravokotno na os vrtenja.

Večravninsko oziroma dinamično balansiranje

Pri merjencu, kjer je center gravitacije na osi vrtenja so debalansirne mase na različnih ravninah, zato lahko pride do vibracij. Dinamični debalans je možno odpraviti samo na vrtečih balansirnih napravah. Tak debalans odpravimo z balansiranjem v več ravninah.

Dinamično balasiranje je potrebno pri dolgih merjencih (na primer trni za dolga izpetja rezilnega orodja)

Balansiranje lahko izvajamo na več načinov:

  • z dodajanjem materiala
  • z odvzemanjem materiala
  • s spreminjanjem težišča (balansirni obroči)


MPM Micro Precision Marx je naprava s katero lahko najenostavneje izvedemo postopek balansiranja in zazna že ravnovesja manjša od 0,1 grama. Omogoča 1 in 2 ravninsko uravnoteženje in lahko uporabljamo metode izravnav: gram, stopnja, kot širjenja, fiksna lokacija, radialno + aksialno vrtanje, rezkanje. Sama naprava ima HDMI vmesnik za dodatno vizualizacijo na zunanjem monitorju


DIAGNOSTIKA MOBILNIH STROJEV

Na samem stroju lahko za optimalno obdelavo izvajamo meritve s pomočjo opreme proizvajalca MONTRONIX. Mobilno diagnostično orodje WiFi BoxNG nam pomaga prepoznati težave kot so težave strojnih komponent, vibracije...

S pomočjo tako pridobljenih podatkov lahko opravimo analizo stanja in pravočasno ukrepamo in s tem zmanjšamo stroške proizvodnje in vzdrževanja.


Pravilen pristop in rešitve za pripravo orodja zagotavljajo natančnost, vzdržljivost in zanesljivost, kar ne pomeni le podaljšanja življenjske dobe rezalnega orodja, temveč lahko zaradi učinkovitejše obdelave zaradi izboljšanega oprijema in iztekanja zagotovi tudi zmanjšanje porabe energije. Daljša življenjska doba orodja pomeni, da je mogoče z istim orodjem izvesti več operacij in procesov, kar zmanjša stroške zalog in potrošnega materiala ter omogočata večjo produktivnost in trajnost ter varčujeta z energijo in prispevata k večji donosnosti proizvodnje, zmanjšajo se tudi vpliv orodja na stroj in vreteno. Zavedati se moramo da lahko nepravilna uporaba vpenjalnega in rezilnega orodja poškoduje vreteno in s tem povzroči strošek popravila oziroma zamenjave od 15.000 EUR za enostavnejša ter celo preko 50.000 EUR za zahtevnejša vretena.


Avtor:

Branko UŠAJ, dipl.inž.str.,

v sodelovanju z:

BTS Company d.o.o. Ljubljana