PODŘÍZNUTÍ PŘI BROUŠENÍ TVAROVÝCH DRÁŽEK

Transkript

1 Transfer inovácií 5/ PODŘÍZNUTÍ PŘI BROUŠENÍ TVAROVÝCH DRÁŽEK Prof. Ing. Karel Jandečka, CSc. Katedra technologie obrábění, FST, ZČU v Plzni, Univerzitní 8, 306 4, Plzeň, ČR jandecka@kto.zcu.cz Abstract This paper presents the use of the CAD/CAM system Cimatron for free programming of NC grinding machines. NC technology use, first of all in milling, turning and drilling operations, is widely dispersed at present. Development of these technologies depends to some etent on the cutting tools which are to be produced and sharpened to a high quality. Usable properties of the cutting tools, e.g. the shape accuracy, the quality of function surfaces, etc., are inspired by the production technology used. This technology plays a main role in production and sharpening of powerful and comple shaped cutting tools. Key words: grinding, shaped surfaces, undercut, CAD/CAM systém Cimatron, NC module, NC programme ÚVOD Použití moderních CAD/CAM systémů v oblasti konstrukce nástrojů umožnilo tvorbu složitých konstrukčních návrhů těchto nástrojů. Především užití velkých CAD/CAM systémů, mezi něž patří např. CAD/CAM systémy Catia, Cimatron, Pro/ENGINEER, Unigraphics, apod. představuje významný zlom v kvalitě řešení a v úrovni technické přípravy výroby v této oblasti. Tyto systémy umožňují vytvořit prostorové modely tvořené i složitými obecnými plochami. Jednou z oblastí modelování složitých tvarů obráběcího nástroje je např. modelování vrtáků a využití obalových ploch pro tyto účely. Významným problémem při výrobě nástrojů je výroba drážek a vodících fasetek brusným kotoučem tak, aby výsledný tvar z výroby se pokud možno shodoval s projektovaným tvarem. Východiskem pro řešení mohou být právě obalové plochy obecných těles (tvarová fréza, brousicí kotouč, které se pohybují po prostorových křivkách (např. šroubovice. Tato metoda principiálně vychází ze simulace vlastního procesu výroby a ostření řezných nástrojů. Aplikací množinových operací vlastních moderním CAD/CAM systémům tj. logickým sčítáním a odečítáním těles tvořených (resp.ohraničených těmito obalovými plochami s modelem polotovaru vzniknou zmíněné části řezného nástroje, v našem případě vrtáku. Dále je v nich možné provádět pevnostní a teplotní analýzy. Modely vytvořené v těchto systémech lze eportovat pomocí přenosových formátů typu IGES, VDAFS apod. do jiných systémů []. Proto nacházejí v konstrukci řezných nástrojů své opodstatnění. Technologické operace a funkce v oblasti broušení a ostření řezných nástrojů pro přípravu NC programu jsou zde však na rozdíl od ostatních způsobů obrábění (frézování, soustružení málo podporovány. Proto je problematický návrh technologie dráhy brousicího kotouče na základě prostorového modelu obrobku (i když kinematika broušení je velmi podobná kinematice frézování. Další problémovou oblastí je vygenerování NC programu pomocí příslušného postprocesoru pro řídící systémy a kinematiku NC brusek. Popsaný způsob řešení pomocí obalových ploch reprezentuje jeden z možných přístupů k dané problematice. Charakteristickým znakem této metody je iterační pojetí zpracování. V rámci řešení grantu GAČR 0/07/075 je daná problematika zkoumána v širších souvislostech včetně hledání teoretického řešení podříznutí tvaru šroubovice na obvodu polotovaru při určité hloubce broušení. Klíčovým přístupem k řešení je využití matematických modelů ekvidistantních ploch a křivek a v rámci těchto modelů generování geometrie požadovaných drah nástroje. Toto řešení však přináší s ohledem na parametry technologického procesu resp. jeho kinematických poměrů určité nezanedbatelné problémy. A z toho plynoucí potíže při geometrickém řešení dané úlohy. Další možnou alternativou řešení při řešení podříznutí je využití CAD/CAM systémů a využití jejich modelovacích a technologických funkcí. Obr. CNC bruska Walter Helitronic. Tento přístup byl použit pro verifikaci výsledků získaných předloženým analytickým postupem výpočtu podříznutí. Jak vyplývá tohoto tetu je otázka řešení této problematiky na začátku a bude v pokračováno. Cílem řešení je vytvoření metody optimalizující velikost podříznutí a implementace tohto algoritmu do řídících systémů NC brusek [6,7,8,9]. 38

2 Transfer inovácií 5/ Obr. Obalová plocha brusného nástroje při broušení šroubové drážky. PROSTOROVÁ REPREZENTACE PODŘÍZNUTÍ PŘI BROUŠENÍ TVAROVÉ DRÁŽKY PLOCHÝM KOTOUČEM Podříznutí (rozval šroubové drážky vzniká zanořením kotouče do obrobku (tvaru broušeného nástroje v důsledku různých křivosti nosných povrchů a tvarů řídící a obráběné šroubovice. Tuto prostorovou situaci zachycují následující obrázky. Obr.5 Prostorová definice podříznutí ZÁVISLOST PODŘÍZNUTÍ ŠROUBOVÉ DRÁŽKY NA PRŮMĚRU POLOTOVARU, PRŮMĚRU BRUSNÉHO KOTOUČE, JEHO TLOUŠŤCE A HLOUBCE ŘEZU Broušení tvarových drážek na nástrojích je ovlivněno jak geometrií a vlastnostmi šroubovice, tak rozměrovými parametry nástroje. Podle nám dostupných informací lze řešit výsledný tvar broušené drážky pomocí obalové plochy pohybu brusného nástroje a tvaru broušeného obrobku (obr.7. Výsledkem je prostorové řešení úlohy vycházející z tohoto principu. Je však řešitelný pouze využitím CAD systémů a nebo řešením složité prostorové úlohy založené na analytickém či numerickém řešení průsečíku obalových ploch dráhy kotouče s plochou polotovaru. Cílem tohoto řešení je definice geometrie pro zkoumání závislosti šířky podříznutí šroubové drážky vzniklé broušením brusným kotoučem závislosti na parametrech šroubovice a rozměrech kotouče. Řešení vychází z důkladného studia prostorové situace při broušení. Úvodní fáze řešení uvažuje plochý kotouč diskového tvaru bez zaoblení. Obr.3 Broušení tvarové drážky. Obr.6 Prostorové zobrazení obalové plochy pohybu nástroje při broušení šroubové drážky. Definice geometrie: Obr.4 Řez obalové plochy osovou rovinou δ. r nosný poloměr šroubovice, (d průměr šroubovice, H výška závitu, α úhel stoupání šroubovice tgα = H = H = H ( L π * d π * r α = arctgα = arctg( H = arctg( H = arctg( H ( L π * d π *r 39

3 Transfer inovácií 5/ S[ 0,y 0 ] = [0,0] R d' s [, y ] [, y ] Polotovar Nosný válec šroubovice S[ 0,y 0 ]= [0,-d] r Obr.7 Podříznutíl broušení kotoučem nulové tloušťky (zelená a žlutá křivka, aplikace obalových ploch CAD/CAM systém Cimatron. Obr.0 Tvar geometrie v rovině řezu. ( + ( y y = - (rovnice kružnice (4 0 0 R ( ( y y0 - (rovnice elipsy (5 0 + ( ( = Počátek souřadného systému je umístěn ve středu brusného kotouče speciální případ: Obr.8 Úhel stoupání šroubovice α (nalevo a Definice řezové křivky (elipsa při broušení plochým kotoučem (napravo. Ekvidistanta Rovina rezu Nástroj kotouc Nulové tloušt ky Obrobek Obr.9 Řešená geometrie při broušení plochým kotoučem. Geometrie broušení daná brusným kotoučem, polotovarem, broušenou šroubovicí: Rozměry řezové křivky polotovaru v rovině řezu: poloměr obrobku (kratší poloosa řezové elipsy, = - (delší poloosa řezové elipsy (3 ( ( y = R + - (rovnice kružnice (6 ( ( ( ' ( ' + y d - (rovnice elipsy (7 ( ' = r ( R ( y = (8 ( y + ( y + d' = ( ( R (9.. y ová souřadnice bodu a bodu : ( d' + ( d' 4( - ( ( ( ( d' + ( ( R ( y = (0 y = ( d' ( d' 4( - ( ( ( d' + ( R ( ( ( ( ová souřadnice bodu a bodu : ( d ' ± ( d ' 4( - ( ( ( ( d ' + ( ( R ( = + R ( ( d' ± ( d' 4( - ( ( ( d' + ( R ( = R ( ( ( - ( ( - ( ( - ( ( - ( (3 Cílem je získat souřadnice bodů a jako funkci parametrů technologického procesu broušení šroubovice (R, r, s, α. Souřadnice bodu [, y ] a bodu [, y ]: Bod : = R (4 r + R r + s ( ( ( ( ( ( r + r r + s ( + ( r s 40

4 Transfer inovácií 5/ y = (5 Bod : r + R r + ( ( ( ( ( ( r + r r + s ( r + s( = R (6 y = (7 s r + R r + s ( ( ( ( ( ( r r r + s ( + ( r s r + R r + s ( ( ( ( ( ( r r r + s ( r + s( ZÁVĚR Popsané řešení shrnuje současné výsledky získané studiem prostorové geometrie a kinematiky při broušení kotoučem konstantní tloušťky v závislosti na parametrech technologického procesu broušení šroubovice (R, r, s, α. Broušená šroubovice slouží k výrobě tvarové plochy (výroba a broušení šroubové drážky na vrtáku či fréze tak, aby bylo dosaženo jejího tvaru pomocí definovaných geometrických parametrů brusného kotouče s jednoduchým tvarem. Metoda směřuje k optimalizaci podříznutí a v dalších krocích k aplikaci v CL datech, při vývoji kvalitnějších postprocesorů pro NC brusku Walter Helitronic a k tvorbě kvalitnějších NC programů. Řešení pojímá problematiku pokud možno kompleně. Řešení je součástí problematiky řešené v grantu GAČR 0/07/075. Literatura Obr. Definice geometrie pro výpočet podříznutí. Δ α = α α (8 tan( Δα = P ( (9 Hodnotu velikosti podříznutí P šroubovice na povrchu polotovaru (měřenou vůči tečně šroubovice (v bodě X v rovině tvořené tečnou a úsečkou X, X v závislosti na parametrech technologického procesu broušení šroubovice (R, r, s, α vypočteme dle následujícího vzorce: P = tan( Δα ( (0 tab. Parametry procesu broušení: Hodnoty(mm r - poloměr šroubovice 40 H výška závitu poloměr obrobku 45 R - poloměr kotouče 50 s - hloubka třísky 5,00 P př - podříznutí.995 Hodnota byla verifikována vůči numerickému modelu vytvořeném v CAD/CAM systému Cimatron. V současné době pracujeme na úpravě numerického modelu resp. na jeho zpřesnění a zahrnutí dalších vlivů. [] Přikryl,Z.: Teorie obrábění.,sntl/alfa Praha, 975 [] Švec,S.: Řezné nástroje.sntl Praha,968 [3] Jaromír,J.- Mazanec,H.: Diamantové a CBN nástroje pro průmyslové použití. Plzeň, LAIWA PRESS 993. [4] König,W,: Fertigungsverfahren, Band, Düsseldorf,VDI Verlag 996 [5] Vasilko,K.-Michel,D., Hrubec,J.: Brusenie a ostrenie rezných nástrojov. Bratislava, ALFA 984. [6] Reklamní materiály firmy WALTER AG. [7] Reklamní materiály firmy SAACKE. [8] Reklamní materiály firmy SCHUNK [9] Reklamní materiály firmy firmy RÖHM [0] KOŽMÍN,P.: Broušení monolitních řezných nástrojů na NC bruskách.icpm 00, Ústí nad Labem,ÚTŘJ,.ISBN [] Schimonyi,J.: NC Programmierung für das Werkzeugschleifen.Berlin, Springer Verlag 99 [] Jandečka,K.: Využití moderních CAD/CAM systémů při programování NC strojů, ZČU Plzeň,996. [3] Jandečka, K.: Teoretický úvod ke kinematice broušení tvarových ploch pro potřeby nc programování, Výzkumná zpráva KTO, KTO /008, FST ZČU v Plzni, Plzeň 008. [4] Jandečka, K.: Pětiosý postprocesor Walter v (zpracovaný pro potřeby řešení grantu GAČR 0/07/075, výzkumná zpráva KTO, KTO /008, FSt ZČU v Plzni, Plzeň 008. [5] Manuál CAD/CAM systému CIMATRON [6] Reklamní materiály firmy URDIAMANT 4

5 Transfer inovácií 5/ [7] Manuál CAD/CAM systému CATIA V5R6 [8] Holešovský F., Hrala M. Grinding of ceramic materials by diamond grinding wheel. Sborník 4. Medzinárodná vedecká konferencia RTO 00 v Košicích, , str.5-8, ISBN [9] Holešovský F., Hrala M. Grinding Process and its Influence to Surface Integrity. Proceedings International Conference AMPT 0, Madrid 00, Spain, pp , ISBN [0] Jersák, J. Matamatický model broušení, In: II. Mezinárodní nástrojářská konference. Nástroje - Tools 00, Zlín. Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, Fakulta technologická 00, s [] Lukovics, I., Sýkorová, L. Stanovení řezivosti brousících kotoučů pro vysokovýkonné broušení., In: Nástroje 99, Zlín, 999, p. 96-0,ISBN X [] Jandečka, K., Česánek, J, Kapinus, V., Dvořák, P., Sova, F.: Přehled současného Broušení tvarově složitějších nástrojů. Výzkumná zpráva KTO -/05, ZČU v Plzni, Plzeň stran. [3] Vrabec, M., Mádl, J. NC programování v obrábění, Praha: Vydavatelství ČVUT, s. ISBN