FAKULTET STROJARSTVA I BRODOGRADNJE
SVEUČILIŠTE U ZAGREBUZavod za tehnologiju
Katedra za alatne strojeve
Seminarski rad iz kolegija
„NAPREDNI PROIZVODNI POSTUPCI“
PRIHVAT OBRADAKA I ALATA KOD OBRADE ODVAJANJEM ČESTICA
Prof.dr.sc. Toma Udiljak Ime i prezime: Matija Petranović
Smjer: Rač. Inž
Zagreb, svibanj 2010.
1
Sadržaj:Sadržaj:..........................................................................................................................................2
Popis slika..............................................................................................................................................3
Terminologija.........................................................................................................................................4
1.Uvod....................................................................................................................................................5
2.Kriteriji ocjenjivanja sustava za rukovanje..........................................................................................6
2.1.Tehnički zahtjevi..........................................................................................................................7
2.2.Preciznost.....................................................................................................................................7
2.3.Pouzdanost...................................................................................................................................8
2.4.Vrijeme sekundarnih procesa.......................................................................................................8
2.5. Troškovi....................................................................................................................................10
3. Općenito o steznim napravama.........................................................................................................10
3.1. Vrste steznih naprava.................................................................................................................12
3.2. Osnovna pravila konstruiranja steznih naprava.........................................................................14
4. Funkcije sustava za rukovanje obradcima i alatima..........................................................................15
4.1. Rukovanje obradkom.................................................................................................................18
4.1.1. Funkcija stezanja................................................................................................................18
4.1.2. Funkcija izmjene.................................................................................................................20
4.1.3. Funkcija pohrane................................................................................................................24
4.2. Rukovanje alatom......................................................................................................................25
4.2.1 Funkcija stezanja.................................................................................................................25
4.2.2. Funkcija izmjene................................................................................................................26
4.2.3. Funkcija pohrane................................................................................................................29
5. Literatura:.........................................................................................................................................31
2
Popis slikaSlika 1. Sustavi za rukovanje....................................................................................................................5
Slika 2. Alatni stroja sa više vretena koja se okreću................................................................................9
Slika 3. Klasifikacija sustava za rukovanje obradcima i alatima............................................................16
Slika 4. Prikaz procesa koji dovodi do interakcije između alata i obradka za vrijeme procesa obrade. 17
Slika 5. Stezne naprave za obradke........................................................................................................18
Slika 6. Modularni sustav.......................................................................................................................19
Slika 7. Computer aided fixturing..........................................................................................................19
Slika 8. Tokarilica s više vretena s automatskim dovođenjem šipki pogled 1.......................................20
Slika 9. Tokarilica s više vretena s automatskim dovođenjem šipki pogled 2.......................................20
Slika 10. Tokarilica s više vretena s automatskim dovođenjem šipki pogled 3.....................................21
Slika 11. Sustav sutomatskog dovođenja šipki.......................................................................................21
Slika 12. Okretna platforma za zavarivanje............................................................................................22
Slika 13. Okretna platforma tip 1...........................................................................................................22
Slika 14. Okretna platforma tip 2...........................................................................................................22
Slika 15. Vibracioni konvejer.................................................................................................................23
Slika 16. Industrijski robot za izmjenu obradaka...................................................................................23
Slika 17. Paletni spremnik......................................................................................................................24
Slika 18. Robot upravlja skladištem.......................................................................................................24
Slika 19. Principi stezanja alata..............................................................................................................25
Slika 20. Primjer alatne obrtne glave......................................................................................................26
Slika 21. Prihvatna naprava s jednom rukom.........................................................................................27
Slika 22. Prihvatna naprava s duplom rukom.........................................................................................27
Slika 23. Izmjenjivač alata u obliku košare............................................................................................28
Slika 24. Prikaz blizine spremnika s alatom i obradka...........................................................................29
Slika 25. Spremnici alata........................................................................................................................29
Slika 26. Spremnika alata u obliku lanca...............................................................................................30
3
Terminologija- machining tools – alatni strojevi
- machining – obrada odvajanjem čestica
- tool and workpiece handling systems – sustavi za rukovanje alatom i obradcima
- cutting speed – brzina rezanja
- clamping and changing devices – naprave za stezanje i izmjenu
- end mill – glodalo
- lathe – tokarilica
- spindle power – snaga vretena
- workpiese holder – držać obradka
- feeding systems – sustavi za punjenje
- cutting proces – proces rezanja
- fixture – učvršćivanje
- fixturing components – komponente za učvršćivanje
- magazines – spremnici
- chuck – stezna glava
- turntable – okretna platforma
- bar loader – sustav za automatsko dovođenje šipki
- collets – čahure za zatezanje
- turrets – obrtna glava
- gripping device – prihvatna naprava
- pick - up concepts – koncepti za podizanje
4
1.UvodPosljednjih godina uložen je značajan napor u optimizaciju vremena ciklusa, procesa rezanja i znanja o procesima. U jednu ruku, to je dovelo do zapostavljanja daljnjeg istraživanja i razvoja sustava za rukovanje alatima i obradcima. Ovi sustavi imaju veliki utjecaj uporabljivost alatnih strojeva. Postoji velika raznolikost sustava za rukovanje alatima i obradcima koji mogu biti korišteni za različite obradke, alate i procese.
Sustavi za rukovanje alatima i obradcima imaju veliku ekonomsku vrijednost koja iznosi 1.71 milijardu dolara što iznosi oko 50% cijelog američkog tržišta alatima.
Tablica 1.
Alatni strojevi moraju posjedovati određena svojstva i karakteristike koje će osigurati njihovu kvalitetu. Ta svojstva su tvrdoća, stabilnost u procesu, visoka dinamika i preciznost. Sustavi za rukovanje su sučelja alatnih strojeva za alate i obradke.
Slika 1. Sustavi za rukovanje
5
Zahtjevi kupaca na mogućnosti alatnih strojeva proizlaze iz globalnog tržišta. Tu se radni učinak mjeri pomoću troškovne učinkovitosti, protoka podataka, pouzdanosti i kvalitete, ovisno o zadacima obrade odvajanjem čestica. Proizvođači alatnih strojeva na ove zahtjeve reagirali su ponudom modularnih rješenja, tj. rješenja koja se mogu precizno prilagoditi zahtjevima pojedinih kupaca. Temeljne dijelove proizvode sami proizvođači alatnih strojeva dok razne standardne dijelove kupuju od vanjskih prodavača. Primjeri tih standardnih dijelova su vodilice, sustavi regulacije, radna vretena i ležajevi.
Proizvođači alatnih strojeva i prodavači standardnih dijelova moraju garantirati da su njihovi proizvodi kompatibilni i da će zadovoljiti svim zahtjevima kupaca. Međunarodni standardi olakšavaju postizanje suglasnosti oko standardnih sučelja koja se pojavljuju u sustavima za prihvat alata. Kada nisu definirani temeljni standardi, proizvođači alatnih strojeva suočavaju se s dilemom procjene sustava za rukovanje alatima i obradcima. Za realizaciju specifičnog zadatka dostupno je mnogo raznih rješenja. Ta rješenja nije jednostavno usporediti, stoga je potrebno ocijeniti radni učinak podsustava unutar alatnog stroja.
U ovom seminaru biti će riječi o mnogo kriterija ocjenjivanja po kojima se klasificira i vrednuje funkcionalnost i operabilnost takvih sustava. Fokus je na tehničkim aspektima kao što su mehanička konstrukcija, sučelja stroja, pouzdanost, preciznost, mogućnost održavanja i troškovi rada strojeva.
2.Kriteriji ocjenjivanja sustava za rukovanje Da bi se mogli ocijeniti postojeći sustavi za rukovanje alatima i obradcima potrebno je objasniti kriterije po kojima se takvo ocjenjivanje može provesti.
Kriteriji:
tehnički zahtjevi
preciznost
pouzdanost
vrijeme sekundarnih procesa
troškovi
6
2.1.Tehnički zahtjeviAlatni strojevi i periferija su tehnički sustavi koji zahtjevaju interakciju bez poteškoća između njihovih dijelova. Ta interakcija omogučava izvođenje zadanih operacija na alatnim strojevima brzo i bez problema.
Naprave za stezanje i izmjenu moraju biti podešene u skladu sa konceptom proizvodne linije. Moraju se analizirati proizvodni zahtjevi i ograničenja. Posebna pažnja mora se posvetiti analiziranju steznih naprava zato jer one znatno utječu na dinamiku procesa (krutost i prigušenje). Uzimaju se u obzir brzina rezanja i maksimalno opterećenje. Ovi parametri su jako bitni iz razloga što sustavi za rukovanje alatima i obradcima moraju biti dizajnirani tako da mogu izdržati sva naprezanja. Analizom glodala moguće je ustanoviti i predvidjeti rezne sile i površinsku hrapavost. Kod operacija glodanja treba izbjegavati samouzbudne vibracije, okretni moment i ograničenja snage. Treba se posebno posvetiti snazi vretena jer tako određujemo koliko je snage dostupno procesu obrade. Prijenos snage ovisi o efikasnosti sučelja. Parametri koji se još uzimaju u obzir: geometrija dijelova, težina i kinematika, sučelje između kontrola stroja i fizičke veze, radni materijal.
Alati i obradci moraju stati u stezne naprave. Njihov položaj u ležištu mora biti izveden na taj način da negativno ne utječe na obradu i da se izbjegnu kontakti između pomičnih dijelova.
Najkritičniji dio izrade stroja je konstrukcija sučelja koje povezuje mehaničke dijelove te povezanost električnih dijelova i software-a. Radni materijal poput sredstva za podmazivanje i sredstva za hlađenje stroja također treba imati u vidu prilikom konstruiranja.
2.2.Preciznost Alat ili obradak mora biti fiksiran u steznoj napravi tako da su njegov položaj i orijentacija jasno definirani. Dobro pozicioniranje nije samo bitno kod obrade nego i kod izmjene i skladištenja alata (obradka).
U procesu obrade ili kod izmjene alata ili obradka prilikom stezanja može doći do neželjenih mehaničkih deformacija. Također može doći i do toplinskih deformacija.
Na vibracije alatnog stroja utječu krutost, prigušenje, topologija samog stroja i samouzbudne vibracije.
Apsolutna preciznost je definirana kao mogućnost sustava da ostvari zadanu apsolutnu poziciju i orijentaciju u prostoru. Apsolutnu preciznost je teže postići nego ponovljivu preciznost zbog mana u samom sustavu. Te mane su uzrokovane zbog nepreciznosti kod procesa sklapanja alatnog stroja. Uobičajene vrijednosti apsolutne preciznosti su između 2 μm i 8 μm.
Ponovljivost ili ponovljena preciznost je definirana kao obnovljivost pozicije i orijentacije u istim uvjetima. Ovisi o vanjskim faktorima (kinematika). Standardni alatni strojevi imaju ponovljivu preciznost od 1 μm. Posebni alatni strojevi postižu ponovljivu preciznost između 10 i 50 μm.
Ponovljivost i preciznost pomoćnih sustava za rukovanje alatima i obradcima može ograničiti proizvodnu sposobnost alatnog stroja. Zato doprinos ovih sustava kumulativnoj greški kod obrade odvajanjem čestica mora biti što manji. Za poboljšanje ponovljivosti i preciznosti koriste se razni sustavi za ispitivanje. Koriste se za ispitivanje lokacije obradka i dimenzija alata.
7
2.3.PouzdanostZajamčena, nepromjenjiva, visoka strojna uporabivost predstavlja izazov za proizvodnju. Pouzdanost komponenti koje su uključene u izmjenu alata (obradka) kod alatnih strojeva od ključne su važnosti. Kvar bilo koje od tih komponenti može uzrokovati prestanak rada cijele stanice (radnog mjesta) i prouzročiti gubitak. Mora biti osigurana brza zamjena takve komponente da bi radno mjesto što brže zapoćelo s radom.
Pouzdanost sustava za rukovanje alatima i obradcima ovisi o:
lakoj zamjenjivosti neispravnih dijelova koja je osigurana standardizacijom
radnoj funkcionalnosti
lako upotrebljivim mehanizmima za otpuštanje i stezanje alata i obradaka
pojavi trošenja (zbog pokretnih dijelova)
sposobnosti održavanja sustava (osigurati pouzdanost tehničkih sustava)
redundanciji (postojanje sličnih elemenata koji izvršavaju istu funkciju)
2.4.Vrijeme sekundarnih procesaSmanjenje vremena sekundarnih procesa bitno utječe na povečanje učinkovitosti (primjer izmjena alata i obradka).
Vrste sekundarnih procesa:
a) vrijeme izmjene (changing time)
Ovo vrijeme se dijeli na vrijeme izmjene alata i na vrijeme izmjene obradka.
Operacije kod izmjene alata:
podizanje alata (obradka) kojeg želimo zamijeniti iz radnog prostora
prijenos do željenog mjesta
podizanje novog alata (obradka) i pozicioniranje unutar radnog mjesta
Kod obradka na kojem se vrši veliki broj relativno kratkih obrada vrijeme izmjene alata treba biti smanjeno da bi se povećao protok. Kod obradka na kojem se vrše dugotrajne obrade sa nekoliko alata vrijeme izmjena alata gubi značaj.
U današnje vrijeme kod proizvodnje bez zaliha (just in time) brza izmjena je ključ ispunjavanja tržišnih zahtjeva.
8
b) vrijeme podešavanja (set-up time)
Vrijeme podešavanja ima značajan utjecaj na ukupno vrijeme obrade, stoga je potrebna primjena posebnih strategija kako bi se smanjilo ovo vrijeme.
Vanjsko podešavanje (predpodešavanje alata) može se odvijati u isto vrijeme kad i primarna obrada bez produljenja sekundarne obrade. Također vremena unutrašnjeg podešavanja mogu biti smanjena upotrebom elektroničkih kontrolnih uređaja i preciznim instrumentima.
Smanjenje vremena podešavanja moguće je postići optimiziranjem steznih naprava i automatiziranjem radnje izmjene alata. Zbog velike varijabilnosti obradaka obradni sustavi moraju biti fleksibilni. Visok nivo automatizacije obradnih sustava osigurava znatno povečanje proizvodne učinkovitosti.
c) mogućnost istodobnog „punjenja“ i „pražnjenja“ (loading i unloading)
U idealnoj situaciji izmjena alata i obradka trebala bi se odvijati paralelno u odnosu na primarno vrijeme obrade. Iz ovog razloga priprema izmjene alata i podešavanje alata trebaju se odvijati izvan alatnog stroja, u isto vrijeme držeći vrijeme sekundarne obrade niskim.
Da bi se povečala proizvodnja dijelova (protočnost) potrebno je koristiti strojeve sa više radnih vretena na kojima je smješteno više alata.
Slika 2. Alatni stroja sa više vretena koja se okreću
d) kapacitet spremišta
Veliki kapacitet spremišta alata omogučuje automatiziranu proizvodnju. Pomaže i u izbjegavanju prcesa ručne izmjene alata
9
2.5. TroškoviS jedne strane poželjno je da troškovi sustava za obradu budu što je moguće manji. Ali s druge strane ako se hoće biti ukorak s najnovijim tehnologijama i rješenjima potrebno je uložiti velika sredstva.
Vrste troškova:
ulaganja
troškovi rada strojeva – nastaju tijekom proizvodnog procesa obradka, također tu su uračunati troškovi potrošne robe (sredstva za podmazivanje i hlađenje, energija)
troškovi unapređivanja i rekonfiguracije strojeva – nastaju zbog velike varijantnosti proizvoda, stariji alatni strojevi moraju se rekonfigurirati i unaprijediti ako se želi proizvoditi neki novi proizvod
troškovi zbog loše kvalitete steznih naprava – ako se izabere loša stezna naprava za neki proces obrade ona može direktno oštetiti alatni stroj, također može doći do indirektne štete koja se manifestira preko nedovoljne preciznosti što rezultira proizvodima loše kvalitete
troškovi životnog ciklusa – svi troškovi navedeni gore, troškovi koji se nakupljaju tijekom cijelog životnog ciklusa alatnih strojeva i sustava za rukovanje
3. Općenito o steznim napravamaStezne naprave predstavljaju posebne uređaje koji imaju zadatak izvršiti:
10
stezanje obratka na stroju
točno postavljanje obratka u odnosu na alat
u ovisnosti o stroju i tehnologiji voditi rezni alat za vrijeme obradbe.
Osnovni zadatak steznih naprava:
poboljšanje i pojednostavljenje tehnološkog procesa proizvodnje
smanjenje troškova proizvodnje zbog bržeg i točnijeg načina rada
puna zamjenljivost dijelova
siguran rad na radnom mjestu
Razlikujemo dvije vrste steznih naprava:
univerzalne stezne naprave
specijalne stezne naprave
Univerzalne stezne naprave
Imaju opću primjenu – nisu vezani za određenu tehnološku operaciju. U ovu skupinu spadaju stege, stezne glave kod tokarilica i bušilica, čahure, okretni stolovi i sl. Ovi alati se još nazivaju i standardni alati.
Specijalne stezne naprave
Konstruiraju se za samo jednu tehnološku operaciju za određeni proizvod. Rabe se uglavnom pri serijskoj i masovnoj proizvodnji u metalnoj industriji. U maloserijskoj prozvodnji se rabe samo onda kada se bez njih ne može izvesti postupak obradbe. Ovi alati se ne mogu standardizirati, ali se pri njihovoj konstrukciji i izradi treba rabiti što je moguće više standardnih dijelova. Ekonosmke analize troškova pokazuju kako je puno skuplje izrađivati vlastite specijalne alate s vlastitim dijelovima, nego koristiti standardne dijelove. Na taj se način postiže ušteda i u vremenu izrade steznog alata a samim time i u pripremi proizvodnje.
Glavna karakteristika specijalnih steznih naprava je što povećavaju tehnološke mogućnosti strojeva na kojima su ugrađeni ili postavljeni. Možemo ih podijeliti na dva načina:
1. Prema vrsti strojeva na kojima se rabe:
11
stezne naprave za bušilice
stezne naprave za glodalice
stezne naprave za tokarilice
stezne naprave za brusilice
2. Prema proizvodima – za točno određenu vrstu proizvoda
Prednosti steznih naprava:
brzo i točno postavljanje obratka
izbjegavanje skupog ocrtavanja i obilježavanja radnog predmeta
smanjivanje broja mjerenja
smanjenje lomova, kvarova i zatupljenja reznih alata
osiguranje točnosti dimenzija cijeloj seriji proizvoda
mogućnost istovremene obradbe više obradaka
oslobađanje viskokokvalificirane radne snage za druge razine iskoristivosti
Nedostaci:
dugotrajna priprema proizvodnje
visoka cijena ovakvih alata
uporaba ograničena samo na jednu vrstu dijelova
Materijali koji se rabe za izradu steznih naprava su vrlo različiti:
konstrukcijski čelici (za cementiranje) – omogučavaju površinsku tvrdoću uz zadržavanje žilavosti po poprečnom presjeku
čelici za poboljšavanje
alatni čelici itd.
3.1. Vrste steznih napravaObradak koji se postavlja u steznu napravu potrebno je stegnuti kako bi se obrada mogla obaviti.
Stezanjem je potrebno osigurati sljedeće:
12
obradak ne smije promijeniti početni položaj
sile stezanja trebaju biti dovoljne kako bi onemogućile okretanje ili pomicanje dijelova
obradak se mora stegnuti jednostavno i brzo.
Elementi steznih naprava prema složenosti mogu biti jednostavni ili složeni.
Jednostavni dijelovi su :
zavrtnji – za direktno i indirektno pritezanje
klinovi – imaju elemente samokočenja. Značajni su kada je potrebito osigurati siguran rad.
Može biti ekscentričan, zavojni ili samocentrirajući.
Ekscentri se rabe u konstrukciji specijalnih alata. Dijelimo ih na kružne i spiralne ekscentre.
Poluge za pritezanje – ravnog oblika s ravnim ili savijenim krajem.
Složeni elementi ili mehanizmi koriste jednostavne elemente, a mogu biti pogonjeni pneumatskim, hidrauličkim ili drugim sustavima.
Prema stupnju mehanizacije dijelimo ih na:
Ručne – mehaničke ili mehaničko-hidrauličke mehanizme;
Mehanizirani s pneumatskim, hidrauličkim, pneumohidrauličkim, električkim ili
vakuumskim sustavom rada;
Automatizirani mehanizmi čiji je rad sinkroniziran s radom alatnog stroja;
Prema načinu stezanja naprave mogu biti jednostezne i višestezne. Jednostezne naprave obavljaju stezanje na jednoj točki (površiti). Višestezne naprave rade na već opisane načine stezanja. Djelovanjem na jedan element pokreću se stezači koji omogučavaju istovremeno stezanje na nekoliko mjesta. Stezanje je ravnomjerno u svim steznim točkama. Osim navedenih načina, stezanje je moguće nabaviti nekonvencionalnim načinima – primjenom tekućih i plastičnih materijala. Primjenom Pascalovih zakona (djelovanjem vanjske sile na zatvorenu posudu u kojoj je tekućina – postiže se efekt jednakog tlaka na svim dodirnim površinama) dobiva se tlak koji jednoliko raspoređuje po svim površinama. Ova primjena je naročito izražena kod višesteznih i centrirajućih alata. Veliki problem je pri tome odrediti tekućinu koja će moći prenijeti tlak. Biraju se tekućine poput ulja, glicerina i sl.
Kada se postavljaju uvjeti poput:
tekućina ne smije dopirati kroz zazor obrađenih dijelova
ravnomjerno i bez gubitaka prenositi tlak
13
tada se razmatra uporaba plastičnih masa. Moraju biti otporne na temperaturne promjene i ne smiju mijenjati svojstva tijekom procesa obradbe.
3.2. Osnovna pravila konstruiranja steznih napravaProblem izradbe stezne naprave neophodno je promatrati s nekoliko gledišta. Konstrukcija stezne
naprave mora zadovoljiti osnovni uvjet – što više primjeniti standardne dijelove i elemente. Način i
postupak stezanja steznom napravom uvelike ovise o načinu i količini proizvoda te vrsti proizvodnje.
14
Konstruktor alata, kao i kod reznih alata mora vrlo dobto poznavati uređaj (alatni stroj) i tehnologiju
proizvodnje proizvoda – kako bi mogao načiniti kvalitetnu konstrukciju.
Stoga, pri konstrukciji steznih naprava treba pratiti nekoliko uputstava za jednostavnije i lakše
konstruiranje:
1. Za izradbu stezne naprave neophodna je uska suradnja konstrukcijskog i tehnološkog tima.
2. Prije početka konstruiranja neopdohno je provjeriti broj dijelova koji će se navedenim
alatom obrađivati. Na taj način se određuje materijal i rok izradbe stezne naprave.
3. Potrebno je provjeriti ima li sličnih alata na skladištu – kako se ne bi dva puta radio isti alat
već sam preradio sličan. Također je potrebno provesti analizu takvih troškova prerade.
4. Rabiti što je moguće više standardnih dijelova.
5. Alat mora biti određenih svojstava – čvrstoće i krutosti. Masa stezne naprave ne bi trebala biti
prevelika ukoliko određeni dijelovi tebaji biti prenosivi.
6. Mehanizam stezanja mora biti jednostavan i lagan, što kraći. Vrijeme stezanja mora biti što
kraće.
7. Stezna naprava mora omogučiti preglednost i vidljivost alata. Odvojene čestice čestice se moraju
odvajati bez zapinjanja i opasnosti za radnika. Sredstvo za hlađenje i podmazivanje mora bez
zadržavanja otjecati.
8. Spojeve stezne naprave (zavarivanjem, kovanjem i sl.) ne treba opterećivati nepotrebnim
velikim silama.
9. Prilikom stezanja izbjegavati primjenu alata poput čekića i odvijača.
10. Stezna naprava ne smije dovoditi u zabunu prilikom postavljanja obratka.
4. Funkcije sustava za rukovanje obradcima i alatimaDa bi se izvršila operacija rezanja, obradak i alat moraju doći u interakciju u radnom prostoru alatnog stroja sa definiranim pozicijama i orijentacijama.
Naprave mogu imati funkcije stezanja, izmjene i pohrane alata ili obradka.
15
Slika 3. Klasifikacija sustava za rukovanje obradcima i alatima
Za vrijeme obrade odvajanjem čestica alat i obradak moraju biti dobro kontrolirani da bi se ostvarila željena kvaliteta.Ovisno o vrsti obrade zahtjevi su različiti. Visoka dinamika izmjene važna je za kratka obradna vremena i za veliki broj izmjena alata i obradaka. Važnost kraćih sekundarnih obradnih vremena opada sa povečanjem primarnih obradnih vremena. Tada raste značaj drugih aspekata procesa kao što su stabilnost i trošenje. Fokus se prebacuje sa visoko dinamičnih sustava izmjene na optimizirane sustave za stezanje i držanje.
Glavni zadatak sustava za rukovanje alatima i obradcima je dovođenje alata i obradka u alatni stroj i ostvarivanje kontakta između njih za vrijeme operacija obrade.
16
Slika 4. Prikaz procesa koji dovodi do interakcije između alata i obradka za vrijeme procesa obrade
Na strani alata stezanje podrazumijeva pripremu alata, učvršćivanje alata na radno mjesto i držanje alata za vrijeme procesa obrade. Funkcije izmjene i pohrane biti će pojašnjene kasnije.
Slična stvar je i sa stranom gdje se nalazi obradak. Odabire se i odvaja obradak iz skladišta (skladišnog prostora). Nakon toga obradak se stavlja u napravu za držanje obradka.
Nadalje, sklop obradka i naprave za učvršćivanje montira se na alatni stroj i tamo se steže.17
4.1. Rukovanje obradkomRukovanje obradkom može se podijeliti na sljedeće korake:
uzimanje obradka sa mjesta gdje je pohranjen (uskladišten)
pozicioniranje obradka u radnom prostoru alatnog stroja
stezanje obradka da bi se omogučio početak obrade
Zbog velike raznovrsnosti obradka razvijeni su razni načini realizacije ovih koraka.
4.1.1. Funkcija stezanja
Stezaljke su učvrščivaćke komponente koje služe za držanje i pozicioniranje obradka na alatnom stroju. Koriste se kod sklapanja, oblikovanja, zavarivanja i obrade. Industrijske stezaljke mogu držati dijelove kod procesa zavarivanja ili nekog drugog oblika spajanja.
Slika 5. Stezne naprave za obradke
Ovisno o obliku obradka koristi se odgovarajuća stezaljka. Za stezanje prizmatičnih obradaka koristi se ekscentrična stezaljka i strojne čeljusti. Za stezanje okruglih obradaka koriste se stezne glave i stezne čahure.Nadalje, treba se razmotriti spajanje steznih naprava sa alatnim strojem. U ovom kontekstu razmatra se radna površina alatnog stroja. Na nju se montiraju stezne naprave pomoću kliznih blokova. Drugi način montiranja steznih naprava je preko paleta koje se učvrščuju na radnu površinu uz pomoć vijaka. Za kompleksne geometrije koriste se modularni sustavi.
18
Slika 6. Modularni sustav
Prednost ovih sustava je njihova fleksibilnost i niski investicijski troškovi. Nedostatak je dugo vrijeme postavljanja i puno ručnog rada prilikom postavljanja takvih sustava. Preciznost je unutar 0,01 i 0,03 mm.
Najpogodniji način za konstruiranje naprava za učvrščivanje je korištenje CAD/CAF (computer aided fixturing) sustava. Nakon konstrukcije naprava se testira u CAM sustavu.
Slika 7. Computer aided fixturing19
4.1.2. Funkcija izmjeneU industriji se koristi velika količina različitih naprava za izmjenu obradaka. Razlog tome je velika raznolikost obradaka.
Također u radni prostor se automatski može dovoditi i sirovina. Kod tokarilica koristi se sustav automatskog dovođenja šipki (bar loader).
Slika 8. Tokarilica s više vretena s automatskim dovođenjem šipki pogled 1
Slika 9. Tokarilica s više vretena s automatskim dovođenjem šipki pogled 2
20
Slika 10. Tokarilica s više vretena s automatskim dovođenjem šipki pogled 3
Slika 11. Sustav sutomatskog dovođenja šipki
21
Uobičajena naprava za izmjenu u alatnom stroju je okretna platforma (turntable) koja vrši izmjenu obradka rotirajući se oko svoje osi.
Slika 12. Okretna platforma za zavarivanje
Slika 13. Okretna platforma tip 1
Slika 14. Okretna platforma tip 2
22
Sustavi za punjenje (feeding systems) najčešće se koriste za dovođenje obradka koji nisu orijentirani i pozicionirani u radni prostor.
Vibracioni konvejeri su jako prikladni za male dijelove. Teški obradci se dopremaju u radni prostor specijalnim dizalicama.
Slika 15. Vibracioni konvejer
Najfleksibilnije sredstvo za izmjenu je industrijski robot.
Slika 16. Industrijski robot za izmjenu obradaka
23
4.1.3. Funkcija pohrane
Izbor naprava u koje se pohranjuju obradci ovisi o obliku obradka, držaču i okolini. Naprave za pohranu obradaka nazivaju se spremnici (magazines).
Slika 17. Paletni spremnik
Konstrukcija spremnika ovisi o obliku i dimenzijama obradka. Alternativa paletnim spremnicima su rotacioni remenski spremnici.
Na slici 18. prikazano je skladište sa obradcima u kojem se pohrana vrši pomoću robota.
Slika 18. Robot upravlja skladištem
Robot sa četiri stupnja slobode puni alatne strojeve sa obradcima. Alatni strojevi su smiješteni na lijevoj strani slike.
24
4.2. Rukovanje alatomRukovanje alatom je proces koji podrazumijeva uzimanje alata iz skladišta, pozicioniranje alata na vreteno stroja i stezanje alata.
Stezne naprave omogučavaju povezivanje alata i držaća alata, koji je povezan sa vretenom. Do nedavno, najopćenitije i najkorištenije naprave za stezanje alata na automatske strojeve bile su čahure za zatezanje, stezne glave i weldon stezaljke. Ove tehnike stezanja danas su stavljene na kušnju zbog visokih zahtjeva moderne obrade (velika brzina, visoka preciznost, velike snage).
4.2.1 Funkcija stezanja
Unutar polja steznih sustava postoje mnogo različitih tehnika prikladnih za razne primjene.
Slika 19. Principi stezanja alata
Sustavi sa steznim glavama koriste silu zatvaranja između unutarnjeg i vanjskog cilindra da bi povezali alat i stroj. Da bi se primjenila ova sila koriste se sljedeći principi:
mehanička primjena sile (stezna glava sa čeljustima, stezna glava sa čahurom za zatezanje, planarna stezna glava)
hidraulična primjena sile (hidraulične i polygon stezne glave)
suženje (stezna glava sa suženjem)
Postoje sustavi sa konusnom umjesto sa cilindričnom geometrijom. Ovi sustavi nisu uvijek samozaključavajući (morse taper – vratilo sa suženjem).
Sustavi koje treba dodatno osno podešavati. Primjer ovog sustava je HSK sustav koji je samozaključavajuć i pogodan je za velike brzine rezanja. Izvediva radijalna i aksijalna preciznost mjeri se u mikronima. Moguće je ugraditi senzore za nadzor sustava i uređaj koji nadzire punjenje.
Osim sustava koji vrše stezanje silom postoje i sustavi koji vrše stezanje oblikom. Ovi sustavi su jako skupi i teško ih je proizvesti, ali njihova ponovljiva preciznost je izvanredna. Posjeduju radijalnu ponovljivost od 0,4 μm i aksijalnu ponovljivost od 1,5 μm.
Nadalje, postoje i specijalni sustavi koji su varijacije standardnih steznih sustava (Capto, ABS).
Još jedan pristup stezanju je upotreba modularnih sustava koji omogučuju brzu promjenu više alata koristeči standardizirane elemente za spajanje.
25
4.2.2. Funkcija izmjene
Postoje tri načina na koji se može izmjeniti alat:
obrtna glava (turret)
prihvatne naprave (gripping device)
koncepti za podizanje (pick-up concepts)
ATC (automatic tool change) automatski izmjenjivači alata su često korištene naprave u CNC alatnim strojevima za izmjenu alata na vretenu koje posjeduje spremnik za alat.
Alatne obrtne glave su indeksni držači više alata za tokarilice i druge alatne strojeve. One zamjenjuju ručnu izmjenu alata i omogučuju korištenje više alata po željenom redu i na taj način poboljšavaju obradnu učinkovitost. U obrtnoj glavi su pozicionirani i pohranjeni razni alati. Prednosti ovih naprava su kratka vremena izmjene alata, ali problem predstavlja mali broj mjesta za pohranu alata.
Slika 20. Primjer alatne obrtne glave
26
Najjednostavnija prihvatna naprava je prihvatna naprava s jednom rukom (one-arm gripper). Ona vrši transport alata od vretena do spremnika zakretom od 90° .
Slika 21. Prihvatna naprava s jednom rukom
Prihvatna naprava s duplom rukom (double-arm gripper) sa zakretom od 180° omogučava istodobno odstranjivanje alata sa vretena i uzimanje novog alata iz spremnika za alat. Vrijeme izmjene je mnogo brže nego kod prihvatne naprave s jednom rukom.
Slika 22. Prihvatna naprava s duplom rukom
27
Najkompleksniji, ali ujedno i najfleksibilniji način izmjene alata rotacijskim gibanjem je korištenje robotske ruke.
Postoje prihvatne naprave koje vrše izmjenu alata translacijskim gibanjem (transportni cilindri).
Kocepti za podizanje (pick-up concepts) koriste kretanje spremnika i vretena da bi se obavila izmjena alata.
Ako je potrebna jako brza izmjena alata onda se koriste izmjenjivači u obliku košare (basket changer). Alat je pozicioniran koncentrično oko vretena. Tako se postižu vrlo kratka vremena izmjene alata zbog kratkih udaljenosti u procesu izmjene (izmjena alata traje manje od sekunde). Nedostatak je vrlo složeni mehanizam koji za sobom vuče probleme s pouzdanošću i održavanjem.
Slika 23. Izmjenjivač alata u obliku košare
28
Da bi se ostvarila brza izmjena alata, spremnici s alatom trebaju biti smješteni što bliže radnom vretenu.
Slika 24. Prikaz blizine spremnika s alatom i obradka
4.2.3. Funkcija pohrane
Osnovni zahtjevi koje moraju ispuniti sustavi za pohranu je osiguranje mjesta za dovoljnu količinu alata i dovoljno veliki prostor za veličinu alata. Da bi vrijeme izmjene bilo nisko distribucija alata na mjestu podizanja treba biti dovoljno brza. Veliki spremnici koriste inteligentne algoritme pohrane iz područja upravljanja skladištima. Preciznost naprava za pohranu mora biti dovoljno visoka da osigura poziciju alata s koje će ga sigurno pokupiti naprava za izmjenu alata.
Postoje dva osnovna principa pohrane alata.
Slika 25. Spremnici alata
29
Prvi princip je pohrana alata sa pogonom vretena. Ovaj pristup omogučava podešavanje alata izvan alatnog stroja. Ovo rješenje je vrlo skupo jer je broj alata jednak broju vretena. Sa odgovarajučim sučeljem preciznost je vrlo visoka. Također radna vretena koja su pohranjena s vanjske strane omogučavaju dobru redundanciju u slućaju da se pokvari jedno radno vreteno.
Drugi pristup je da se u spremnik ne stavlja ništa drugo nego samo alat. Ti spremnici mogu biti lančani, u obliku tornja, zvijezde i bubnja. Ovo rješenje je znatno jeftinije, i upotrebom odgovarajuće stezne naprave postiže se dobra preciznost.
Slika 26. Spremnika alata u obliku lanca
Optimizacija pohrane alata može se postići uvođenjem sustava za upravljanje zalihama alata. Taj sustav omogučava brzu dostavu potrebnih alata iz alatnice do alatnog stroja. Upute o proizvodnji nekog dijela generiraju se iz narudžbi sa određenog alatnog stroja pomoću MRP (materials requirements planner) sustava. Operater alatnog stroja šalje zahtjev za alatom koji mu je potreban za izradu nekog dijela u alatnicu. Alat se tamo priprema i mjeri te se šalje do alatnog stroja. Ovaj proces kontrolira software za upravljanje alatima.
Kada se identificira obradak za strojnu obradu program odlučuje koji alat se šalje na alatni stroj. Program uzima u obzir prema listi alata koji su alati već na stroju i šalje samo one koji su još potrebni. Također vodi računa i o istrošenim alatima.
30
5. Literatura:[1 ]http://www.machineseeker.com/lang_hr/A718417.html
[2 ]http://www.directindustry.com/prod/horst-witte/manual-turntable-13232-404490.html
[3]http://www.welder-top.com.tw/product/29322.html
[4 ]http://www.usinenouvelle.com/industry/turnkey-assembly-system-o1421.html
[5 ]http://www.orientech.com/pages/produits/machine_a_jointer.aspx?lang=EN-CA
[6 ]http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:Iwrx7XqY61wJ:web2.ss-tehnicka-rboskovica-vk.skole.hr/dokumenti%3Fdm_document_id%3D111%26dm_dnl%3D1+alati+i+naprave&cd=1&hl=hr&ct=clnk&gl=hr&client=firefox-a
[7] http://www.usinenouvelle.com/industry/clamping-tools-tightening-tools-o318.html
31
Recommended
