Bc. Jan Stanek, Západočeská univerzita v Plzni, Univerzitní 8, Plzeň Česká republika

Transkript

1 VYUŽITÍ POKROČILÝCH CAD/CAM SIMULACÍ PRO NÁVRH SPECIÁLNÍHO HORIZONTKOVÉHO PRACOVIŠTĚ. SVOČ FST 2018 Bc. Jan Stanek, Západočeská univerzita v Plzni, Univerzitní 8, Plzeň Česká republika ABSTRAKT Návrh speciálního pracoviště pro možnost obrobení rotorových obrobků s vhodným strojním příslušenstvím. Vyšetření správnosti návrhu obráběcího pracoviště pomocí virtuálních simulací a kompletní konstrukční návrh natáčecího vřeteníku pro polohování rotorového obrobku za účelem snížení vedlejších časů výroby. KLÍČOVÁ SLOVA CAD/CAM, natáčecí vřeteník, master slave, křížové ložisko s integrovaným ozubeným věncem, speciální horizontkové pracoviště, jednotka upínací ÚVOD Tématem mé diplomové práce je návrh pracoviště vodorovné vyvrtávací frézky a návrh vhodného příslušenství pro opracování generátorových rotorů. Pracoviště vodorovné vyvrtávací frézky s vhodným příslušenstvím je navrhnuto za účelem zefektivnění výroby generátorových rotorů. Zefektivnění výroby generátorových rotorů bude docíleno využitím moderního obráběcího stroje HCW 3000 ze sortimentu ŠKODA MACHINE TOOL a. s. dále jen ŠMT. Moderní obráběcí stroj od firmy ŠMT zefektivní výrobní proces díky vlastním vysokým parametrům a možnosti využití moderního řídícího systému. S jeho pomocí lze využít nejmodernější řezné nástroje, které potřebují vysoké vstupní parametry a zaručí snížení samotných řezných časů při samotném opracování rotorových komponent. Samotné řezné časy jsou kalkulovány z parametrů jednotlivých nástrojů a pro výpočet celkového času je nutné zahrnout i časy vedlejší, které nejvíce zlepší celkovou dobu výroby daného obrobku. Mezi vedlejší časy patří převážně manipulace s obrobkem, tudíž je nutno k samotnému obráběcímu stroji zakomponovat vhodné strojní příslušenství. To bude navrženo tak, aby manipulace s obrobkem byla co nejvíce eliminována. Mezi strojní příslušenství patří frézovací hlavy a natáčecí vřeteník. Frézovací hlavy umožní natočení řezných nástrojů mimo základní osu vřetene stroje a eliminují tak manipulaci s obrobkem. Natáčecí vřeteník je strojní příslušenství stroje, které natáčí obráběnou komponentu automaticky kolem své osy a je tak možné obrobit veškeré technologické operace bez ručního polohování obráběné komponenty. Takto konfigurované pracoviště bylo kompletně vyšetřeno pomocí moderních CAD/CAM technologií tak, aby bylo zabráněno chybám v návrhu strojního pracoviště a ve zvolení vhodného obráběcího procesu. Po ověření návrhu pracoviště bylo přistoupeno k hlavnímu tématu diplomové práce, kterým je komplexní konstrukční návrh natáčecího vřeteníku, jelikož toto strojní příslušenství vhodných parametrů chybí v sortimentu ŠMT a je nutno zakoupení od konkurenčních firem. Natáčecí vřeteník byl navržen tak, aby byl odlišný od konkurenčních řešení a jeho vlastní návrh splňoval moderní konstrukční trendy. Po návrhu byl technicky a ekonomicky posouzen. Dle výsledků se návrh dokáže uplatnit na současném trhu, je cenově podobný konkurenci na trhu, avšak výrazně ji překonává výkonnostními parametry. Obrázek 1: Speciální horizontkové pracoviště

2 REŠERŠE STROJNÍCH ZAŘÍZENÍ PRO OPRACOVÁNÍ ROTOROVÝCH OBROBKŮ Výroby zabývající se opracováním rotorových obrobků se liší v konfiguraci vlastního strojního parku, tudíž technologický postup každé výroby je odlišný ve výběru strojních pracovišť, které jsou pro zhotovení rotorových obrobků využívané. Rotorové obrobky se opracovávají pomocí technologických operací, mezi které patří soustružení, frézování a vrtání. Tyto technologické operace jsou hlavním podmětem pro samotnou konstrukci obráběcích strojů a následnou možnost zvolení optimálního výrobního procesu. Definice obrobku V definici obrobku je představen samotný obrobek, na který byl uzpůsoben obráběcí stroj a veškeré příslušenství pro splnění opracování obrobku v požadovaném rozsahu. Obrázek 2: Generátorový rotor DAX 7 Technologické procesy třískového obrábění V diplomové práci byly popsány technologické procesy třískového obrábění využívané pro obrobení rotorových komponent. [1] [2] Rozdělení typů výroby rotorových obrobků Využití pracovišť pro opracování rotorových obrobků se liší dle strojních parků jednotlivých obroben. Proto se rotorové obrobky obrábějí na více pracovištích nebo na speciálních pracovištích pro snížení celkové doby výroby. Nejmodernější pracoviště jsou multifunkční obráběcí centra, která vyrobí rotorovou komponentu v celém technologickém rozsahu. [3] Obrázek 3: rozdělení typů výroby

3 ZÁKLADNÍ POPIS KONCEPTU PRACOVIŠTĚ Finální popis konfigurace pracoviště pro efektivní obrobení zvolené komponenty. Vypsány základní parametry obráběcího stroje a veškerého strojního příslušenství. Nadále je představeno příslušenství, které slouží k automatizaci vedlejších činností, mezi které spadá výměna nástrojů, odvod třísek atd. NÁVRH SIMULACE PRO OBROBENÍ ZVOLENÉHO OBROBKU Kapitola nastiňuje využití moderních CAD/CAM technologií v návrhu i ověření konceptu pracoviště a technologie obrábění. Obrázek 4: Kinematika strojního pracoviště v CAD/CAM NÁVRH POTŘEBNÉHO PŘÍSLUŠENSTVÍ (NATÁČECÍ VŘETENÍK JS 1250) Popsán postup kompletního návrhu natáčecího vřeteníku, který vychází z průzkumu trhu a navržení adekvátního konkurenceschopného konstrukčního řešení. Tato kapitola je hlavním tématem diplomové práce. Obrázek 5: Kompletní návrh natáčecího vřeteníku

4 Návrh převodového ústrojí Popisuje navržení převodu a komponent pohonné sestavy pro docílení zadaných parametrů stroje, mezi které spadají např. maximální otáčky, natáčecí moment a výpočet samotného ozubení. Obrázek 6: Návrh převodového ústrojí Návrh tělesa lícní desky s upínacími jednotkami Návrh sestavy lícní desky pro možnost upnutí obrobku a přizpůsobení samotného odlitku lícní desky pro možnost připojení upínacích jednotek sloužících k aretaci upínací desky v dané poloze. Popsány dílčí výpočty při návrhu čelistí upínacích, silových vřeten sloužících k předepnutí a ustavení obrobku. Kompletní návrh upínacích jednotek pro splnění zadaného zpevňovacího momentu upínací desky. Další podkapitoly v této kapitole jsou zaměřeny na komplexní funkčnost natáčecího vřeteníku. Dále je navrženo uložení rotačních částí vřeteníku, odměřování rotační desky, návrh tělesa vřeteníku a přesné ustavení k obráběcímu stroji. V poslední řadě je provedena MKP analýza sestaveného vřeteníku v systému NX 10. Obrázek 7: Těleso lícní desky s upínacími jednotkami

5 TECHNICKÉ A EKONOMICKÉ ZHODNOCENÍ Kalkulace výrobních nákladů a srovnání s konkurenčními technickými řešeními na trhu. Za konkurenty byly zvoleny produkty od konkurenční firmy Peiseler, která se zabývá výrobou velké škály stejně účelových strojních zařízení. Pro srovnání byla zhotovena kalkulace navrženého produktu a vybrány hlavní parametry, které rozhodují u zákazníka při zakoupení tohoto produktu. ZÁVĚR A DOPORUČENÍ Pomocí této diplomové práce bylo kompletně navrženo moderní strojní pracoviště, které se reálně využívá pro opracování rotorových obrobků, ale nebylo ještě poskytnuto zákazníkům v takto moderním složení. Toto pracoviště je složeno z nejmodernějšího stroje firmy ŠMT, který patří mezi elitní stroje světové produkce. V minulosti se do stejných konceptů pracovišť od firmy ŠMT využívaly natáčecí vřeteníky od konkurenčních firem, jelikož v této velikostní kategorii neměla ŠMT zpracované konstrukční řešení. Díky hlavní náplni diplomové práce, kterou tvoří konstrukční návrh natáčecího vřeteníku je umožněno využití natáčecího vřeteníku této velikosti z vlastních výrobních zdrojů ŠMT. Tento konstrukční návrh lze pojmout za koncept, který bude možné dimenzovat na jiné parametry pro možnost obrobení dalších rotorových obrobků a může být inspirací pro vytvoření celé řady, která pojme obrobky od minimálních rozměrů a hmotností až po ty největší, které jsou nutné opracovávat na strojích značky ŠMT. PODĚKOVÁNÍ Děkuji především vedoucímu diplomové práce paní Docentce Lašové, která mi pomohla definovat strukturu diplomové práce tak, abych se neodklonil od zadaného tématu a dokončil diplomovou práci v dostatečné kvalitě vhodné k obhajobě. Další poděkování bych rád věnoval konzultantovi Ing. Zdeňku Hájíčkovi a oddělení konstrukčního vývoje firmy ŠMT. LITERATURA [1] C. doc. Ing. Jan Mádl, Teorie obrábění, Praha: České vysoké učení technické v Praze, [2] D. Doc. Ing. Bohumil Vlach, Technologie obrábění, Praha: České vysoké učení v Praze, [3] C. Doc. Ing. Josef Kubíček, Konstrukce a výpočty obráběcích strojů, Plzeň: ZČU plzeň, 1994.