FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 1. NETISKNOUT! Titulní list

Transkript

1 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 1 NETISKNOUT! Titulní list

2 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 2 NETISKNOUT! Zadání

3 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 3 NETISKNOUT! Licenční smlouva - oboustranně

4 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 4 ABSTRAKT Tato bakalářská práce se zabývá rozborem možností ISO soustružení na poloautomatickém soustruhu SPN12 CNC, návrhem technologie výroby a nástrojového vybavení pro obrábění navržené součásti. Vypracování technické dokumentace pro navrženou součást s tolerovanými rozměry a kvantifikace rozdílů v dosahovaných strojních časech při aplikaci nástrojového vybavení dvou výrobců. Klíčová slova CNC stroj, řídicí systém Sinumerik 810D, programování ABSTRACT This is a bachelor s thesis concerning the analysis ISO turning work on the semiautomatic lathe SPN12 CNC, the project of technology of production and instrumental equipment for the cutting of the designed component. The elaboration of technical documentation for the designed component with the tolerated proportions and with the qualification of differences in the reached machine times by an application of the instrumental equipment of two producers. Key words CNC machine, numerice controlling systém Sinumerik 810D, programming BIBLIOGRAFICKÁ CITACE GRÉZL, Martin. Aplikace systému Sinumerik 810D při programování soustruhu SPN12 CNC: Bakalářská práce. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, s., příloh. Vedoucí bakalářské práce Ing. Aleš Polzer, Ph.D.

5 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 5 Prohlášení Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Aplikace systému Sinumerik 810D při programování soustruhu SPN12 CNC vypracoval samostatně s použitím odborné literatury a pramenů, uvedených na seznamu, který tvoří přílohu této práce. Datum Martin Grézl

6 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 6 Poděkování Děkuji tímto Ing. Aleši Polzerovi, Ph.D. za cenné připomínky a rady při vypracování bakalářské práce.

7 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 7 OBSAH Abstrakt...4 Prohlášení...5 Poděkování...6 Obsah...7 Úvod Rozbor možností ISO soustružení na poloautomatickém soustruhu SPN12CNC CNC obráběcí stroj Popis CNC obráběcího stroje Technické údaje stroje Pracovní režimy stroje Vztažné body CNC stroje Upínání obrobku Korekce nástrojů Rozbor ISO programování rotačních součástí Základní pojmy programování NC strojů Základní rozdělení programování Způsoby programování Volba rotační součásti a její technická dokumentace Návrh technologie výroby a nástrojového vybavení Technická rozvaha zadání Volba nástrojového vybavení Průřez nožového držáku Základní tvar a velikosti břitové destičky Optimální tloušťka břitové destičky Poloměr zaoblení špičky břitové destičky Utvařeč břitové destičky Systém upnutí Zvolené nástroje pro výrobu součásti Volba polotovaru Přídavek na obrábění Stanovení řezných podmínek Technologický postup výroby Příprava polotovaru Výroba hřídele do finálního tvaru Vytvoření cnc programu Kvantifikace rozdílů v dosahovaných strojních časech při aplikaci nástrojového vybavení dvou výrobců Strojní časy při soustružení Seznámení s technologií Wiper...36 Seznam použitých zdrojů...39 Seznam použitých zkratek a symbolů...40 Seznam příloh...41

8 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 8 ÚVOD V oblasti technických věd stojí technologie na čelním místě všech technických oborů. Technologie je jedním z technických oborů, který aplikuje poznatky zejména z vědního oboru fyziky, matematiky a chemie při zavádění, zdokonalování a využívání výrobních postupů. Současný stav třískového obrábění a perspektivní směry rozvoje ukazují, že obrábění zůstává a zůstane ve strojírenské výrobě základní technologickou profesí. Strojírenská technologie-obrábění je průmyslovým odvětvím, které se v současné době velmi rychle rozvíjí a to jak v oblasti konstrukce obráběcích strojů, tak zejména v oblasti jejich programování. Neustálý vývoj CNC obráběcích strojů a jejich řídících systémů zajišťuje nové možnosti při programování procesu obrábění. Jedním z řady moderních systémů je Sinumerik 810D. Tato technologická studie poukazuje na možnosti využití řídícího systému při výrobě tvarových ploch soustružením. Pozornost je věnována nejen základům programování, ale hlavně aplikaci systému Sinumerik 810D při programování poloautomatického soustruhu SPN12 CNC.

9 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 9 1 ROZBOR MOŽNOSTÍ ISO SOUSTRUŽENÍ NA POLOAUTOMATICKÉM SOUSTRUHU SPN12CNC Vývoj v oblasti výrobních strojů ve strojírenství je v současnosti z velké části dán využitím výpočetní techniky. Řízení a automatizace strojů při použití PC příslušných softwarů zvyšuje zásadním způsobem jejich technickou hodnotu tím, že provádí rychle, přesně a spolehlivě opakované činnosti, nahrazuje člověka, tedy zvyšuje produktivitu práce. (10) 1.1 CNC obráběcí stroj Popis CNC obráběcího stroje Poloautomatický soustruh SPN12 CNC (Obr. 1.1) používá řídící systémem Sinumerik 810D. K ovládání celého stroje slouží obsluhovací panel OP 031, kterým jsou nahrazeny oproti konvenčním strojům všechny kliky, páky ve formě tlačítek a displeje. Ovládací panely jsou mnoha provedení, ale všechna mají tyto části lišící se svým významem: vstup dat ovládání stroje volba režimu práce aktivace paměti aktivace testů obrazovka Obr. 1.1 Poloautomatický soustruh SPN12 CNC (5)

10 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 10 Pro obrábění jsou k dispozici dva suporty. Horní suport se čtyřpolohovou nástrojovou hlavou je plně řízen systémem Sinumerik 810D v osách X a Z. Dolní suport je řízen mechanicky s využitím narážek, které určují např. délku zdvihu a zpomalení. Stroj umožňuje plynulou změnu otáček a synchronizaci posuvových pohonů. Souvislé řízení dráhy nástroje ve dvou souřadných osách a stálou polohovou zpětnou vazbou. Vysoká přesnost polohování je rovněž zajištěna použitím kuličkových šroubů s předepnutými kuličkovými maticemi. ŘS stroje - řízení je realizováno pomocí počítačového programu. Ten je možno nainstalovat např. na PC s operačním systémem Windows XP. Tímto způsobem je umožněno programovat i simulovat obrábění součástí mimo výrobní stroj. Připravený program lze přenést pomocí diskety, pevného disku nebo propojovacím kabelem mezi počítači. Při dokoupení síťové karty je možné i např. posílání NC programů přes internet. (5) Technické údaje stroje Snad žádný z obráběcích strojů není natolik univerzální, aby zvládnul výrobu součástí libovolných rozměrů a tvarů. Tabulka č. 1.1 obsahuje základní technické parametry stroje, ke kterým je nutno přihlížet. Mimo omezení rozměrů obrobků jsou uvedena i kritéria vztahující se k programování. Není možné např. volit řezné podmínky mimo uvedený rozsah. (5) Tab. 1.1 Parametry stroje SPN12 CNC (5) Obrobek Maximální hmotnost obrobku Maximální soustružená délka Maximální soustružený průměr Maximální oběžný průměr nad ložem Vřeteník Rozsah otáček vřetene Vrtání vřetene Kužel ve vřetenu Přední konec vřetene Výkon motoru Horní suport Rozsah posuvů Rychloposuv v podélném i příčném směru Maximální průřez třísky (při v c =70m.min -1 a materiálu obrobku R m = 600MPa) Maximální příčný zdvih Maximální podélný zdvih Koník Průměr pinoly Zdvih pinoly Přítlačná síla hrotu Kužel pro hrot 44.5 kg 500 mm 120 (140) mm 280 mm min mm Morse 6 ČSN /11 kw 0 10 m.min m.min -1 4 mm 2 70 mm 55 mm 100 mm 125 mm N Morse 4

11 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List Pracovní režimy stroje Jog - Ruční režim. Pomocí tlačítek a ručních ovládacích prvků řídicího panelu stroje je možno např. pohybovat nástroji. Je rovněž umožněn nájezd do referenčního bodu nebo výměna obrobku. Při přerušení programu v automatickém režimu lze v pracovním režimu Jog nástrojem pohybovat. Řídicí systém zapisuje do paměti polohu nástroje při přerušení a zobrazuje vzdálenost v jednotlivých osách ujetou v režimu Jog. (5) Auto - Automatický režim (plynulé provádění otáček). Stroj po zpracování bloku čte a zpracovává další blok automaticky plynulý proces obrábění. B-B - Režim Blok po Bloku. Stroj se po zpracování bloku zastaví a po znovu opakovaném startu čte a zpracovává další blok. Takto lze provést celé obrábění dle programu. Režim TEACH IN ( učení se ) stroj má schopnost učit se. Obsluha provádí ručně požadovanou činnost pro vyrobení obrobku. Dochází k automatickému načítání úkonů do editoru. Takto zadané úkony se vykonávají automaticky při následném spuštění CNC programu Vztažné body CNC stroje Vztažnými body je určena vzájemná poloha jednotlivých částí soustavy S-N-O (Obr. 1.2). Jsou dvě skupiny těchto bodů. V první skupině jsou vztažné body stanoveny výrobcem a nelze měnit jejich polohu. Jedná se o vztažné body souřadného systému. V druhé skupině je poloha bodů volena programátorem podle obráběné součásti. Obr. 1.2 Poloha vztažných bodů CNC stroje (10)

12 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 12 R - referenční bod: Nájezd do tohoto bodu je nutno provést po zapnutí stroje. Hledání bodu je automatické a probíhá postupně po jednotlivých zadávaných osách (X, Z, C). V referenčním bodě dochází k přesnému určení polohy nástroje vzhledem k odměřovacímu systému. Najíždění bodu je možno řešit i programově. (5) K dispozici je funkce G74 X1=0 Z1=0 C1=0. W - nulový bod obrobku: Nastaví ho programátor pomocí dané funkce G v potřebném místě obrobku. Provádí se posunutím souřadnicového systému funkcí G54 až G59 (absolutně, přírůstkově) z nulového bodu stroje. (10) C - výchozí bod programu: Jeho poloha je stanovena programátorem mimo obrobek, aby mohla bez problémů proběhnout např. výměna nástroje nebo obrobku. Pozice bodu je zapsána v NC programu (bod pro výměnu nástroje). (5) A - dorazový bod: Jedná se o bod, na který dosedá součást např. v upínacím přípravku. (5) F Vztažný bod suportu nebo vřetene (pro vložení nástroje): Bod výměny nástroje na revolverové hlavě soustruhu. K bodu F se vztahuje délková korekce nástroje. (10) M - nulový bod stroje: Z hlediska programátora se jedná o pevný bod, jehož polohu není možno měnit. Poloha je stanovena při montáži stroje a je fixována polohou měřících systémů (počátek souřadného systému). (5) E Bod nastavení nástroje: Bod na držáku stroje, který se při upnutí ztotožní s bodem F (je nutný pro zjištění korekcí nástroje na přístroji mimo stroj). (10) P Bod špičky nástroje: Je nutný pro nastavení délkové korekce a následně rádiusové korekce nástroje (tj. poloměru zaoblení špičky nástroje). Je to bod, jehož pohyb se prakticky programuje (pokud se použijí rádiusové korekce). (10)

13 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List Upínání obrobku Upínání obrobků je možno provést pomocí sklíčidla nebo upnutím mezi hroty s čelním unášením. Při obou variantách je upnutí provedeno pomocí hydraulické kapaliny. Použitím sklíčidla je navíc možno volit mezi dvěmi variantami. První možností je upnout obrobek čelistmi sklíčidla a poté jej podepřít hrotem. Druhá varianta umožňuje dotlačit obrobek hrotem na pevný doraz a následně upnout sklíčidlem. Problémy by mohly nastat při upínání "dlouhých štíhlých" obrobků. Vlivem nadměrné přítlačné síly dochází u těchto součástí k průhybu (ke vzpěru). Tomuto lze předcházet regulací velikosti upínací síly. (5) Obr. 1.3 Čelní unášeč Obr. 1.4 Sklíčidlo

14 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List Korekce nástrojů Délkové korekce Jedná se o zjištění délkových vzdáleností soustružnických nástrojů od vztažného bodu držáku nástroje E=F po špičku nástroje do bodu P (Obr. 1.5). Řídící systém podle těchto údajů koriguje dráhy nástroje zapsané programátorem v jednotlivých blocích CNC programu. Obr. 1.5 Délkové korekce nástroje (10) Korekce délky se zapisují do tabulky nástrojů ve tvaru T1D1 (Obr. 1.6). T1 značí nástroj na první pozici a D1 značí korekci, což je vzdálenost špičky nože od vztažného bodu držáku. To platí, pokud je jen jeden nástroj. Jestliže je nástrojů víc, tak první je korekční, nulový a k ostatním se píše délkový rozdíl od prvního. Druhý nástroj je označován T2 a jeho korekce je D2. Obr. 1.6 Základní obrazovka pro zápis korekcí Korekce rádiusové Soustružnický nůž má zaoblenou špičku nástroje rádiusem. Pokud s ním nebude počítáno, výsledná kontura nebude totožná se zadanou. Funkce G41 nebo G42 přepočítává na základě velikosti rádiusu správnou dráhu neboli ekvidistantu, po které se posouvá střed rádiusu špičky nástroje (Obr. 1.7).

15 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 15 Obr. 1.7 Pohyb bodu špičky nástroje po tvarové ploše - kontuře (10) Rádiusy špiček nožů jsou také zapisovány do Tabulky nástrojů spolu s délkovými korekcemi. Vzhledem ke kontuře obrobku je nutno rozhodnout, kterým směrem se bude obrábět. Podle normy ČSN ISO se používají funkce G41 vlevo od kontury obrobku a G42 vpravo od kontury obrobku při pohledu ve směru pohybu nástroje. Následující obrázek ukazuje možnosti použití funkcí G41, G42 pro soustružení za osou rotace (znázorněno vlevo) a před osou rotace (znázorněno vpravo). Obr. 1.8 Směr pohybu nástroje při soustružení za osou rotace a před ní (10)

16 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List Rozbor ISO programování rotačních součástí Základní pojmy programování NC strojů Řídící program NC stroje je soubor vyčerpávajících, číselně vyjádřených informací o činnosti NC stroje, uložených na nositeli informací, ze kterého jsou postupně tyto informace předávány stroji v průběhu operace. K zápisu se volí znaky srozumitelné člověku a tyto se řadí do jednotlivých slov. Ucelené informace o jedné požadované činnosti tvoří blok a posloupnost bloků tvoří řídící program. (3) Slovo Skládá se z povelové části (písmeno) a významové části (číslice nebo skupina číslic). Blok (věta) Jeden řádek programu, je složený ze slov a měl by obsahovat všechny potřebné geometrické a technologické informace, které jsou vykonány v jednom kroku. Cyklus V řízení pevně naprogramované pořadí jednotlivých kroků. Parametr Proměnná v NC programu, jejíž hodnota je přiřazena pro konkrétní případ. Interpolace Určování mezilehlých bodů mezi známými koncovými body křivky. Body jsou počítány pomocí matematických funkcí. Part program Řídící program obsahující informace o každé činnosti potřebné ke zhotovení součásti. Podprogram Část programu stroje, která může být opakovaně volána různými řídicími programy. Provoz blok po bloku Pracovní režim, ve kterém číslicově řízený stroj po spuštění obsluhou stroje pracuje v automatickém pracovním režimu pouze v rozsahu jednoho bloku řídích dat. Simulace Počítačový program umožňující zobrazovat skutečnou polohu nástroje vůči obrobku, která je zapsána v NC programu.

17 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List Základní rozdělení programování Podle způsobu zadávání rozměrových slov se programování dělí: a) Absolutní programování Zadávání polohy nástroje jsou souřadnice vztahovány k aktivnímu nulovému bodu (Obr. 1.8). b) Inkrementální (přírůstkové) programování Údaje o pozici nejsou vztahovány k nulovému bodu, ale k předcházejícímu bodu. Zadává se vzdálenost, o kterou je nutno přemístit nástroj v jednotlivých osách (Obr. 1.9). Obr. 1.9 Absolutní programování (3) Obr Přírůstkové (inkrementální) programování (3) Způsoby programování Konvenční programování Nejzákladnějším způsobem programování je tvorba programu po jednotlivých úkonech. Jeden řádek programu umožní maximálně jeden přesun nástroje definovaným způsobem do zadaných souřadnic. Program je velice rozsáhlý a jeho tvorba je časově náročná. Úpravy, např. Změna hloubky odebírané třísky, vyžadují přepracování velké části programu. (5) Programování s využitím parametrů a aritmetických funkcí Zápis některých číselných hodnot je možno zjednodušit. Pokud se např. souřadnice v programu často opakuje nebo se uvažuje s její změnou při odlaďování programu, je možné použít parametrické programování. Zápis parametru navíc nemusí být vždy proveden konkrétním číslem. Místo hodnoty je možno zadat aritmetický výraz. Parametr může být v programu použít opakovaně a jeho hodnotu je možno průběžně měnit. Zápis souřadnice lze provádět i přímo zadáním aritmetické funkce, případně kombinovat aritmetický výraz s parametrem. (5)

18 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 18 Výroba tvarových ploch pomocí cyklů V uvedené tabulce nejdůležitějších funkcí G, M nejsou uvedeny cykly. Ty jsou řešeny a značeny různým způsobem dle potřeb výrobců a dle možností daných strojů. Cykly usnadňují práci programátora tím, že nemusí programovat například několik třísek (požívat opakovaně G00, G01 při hrubování povrchu). Cykly končí v bodě, ve kterém byly spuštěny. U soustruhů to mohou být cykly pro hrubování čelní a podélné, řezání závitů, vrtání hlubokých děr, tvarové zápichy zapichovacím nožem a další. (10) Výhody: Snadné dodatečné úpravy programovaných řezných podmínek Zrychlení programování Výrazné zkrácení programu Tab.1.2 Soustružnické cykly (5) Název CYCLE93 CYCLE94 CYCLE95 CYCLE96 CYCLE97 CYCLE98 Význam Zapichovací cyklus Odlehčovací zápich tvaru E a F podle DIN Odběr třísky Odlehčovací zápich tvaru A, B, C a D podle DIN Řezání závitů Řetězení závitů

19 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 19 Volné programování kontury Definování kontury pro cyklus CYCLE95 je možno řešit s grafickou podporou (obr. 2.1). Až 50 vzájemně navazujících prvků s možností zaoblení a zkosení popisuje tvar součásti. Program je tvořen automaticky podle zadávaných grafických elementů (tab. 1.3). Formát bloku je shodný se zápisem při konvenčním programování a dodatečnou editaci je možno provádět i bez grafické podpory. Tab.1.3. Prvky umožňující tvořit konturu (5) Značka prvku Konturové elementy Počáteční bod Přímka ve směru osy Z Přímka ve směru osy X Přímka šikmá v rovině ZX Oblouk kružnice Grafická podpora umožňuje i programování odlehčovacích zápichů a závitů. Dodatečné editace kontury je možno provádět v grafickém editoru. Obr. 2.1 Editor pro tvorbu kontury (5)

20 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 20 Tvorba programů s využitím podprogramů Podprogramy zjednodušují a snižují pracnost tvorby hlavního programu zejména tam, kde se vícenásobně opakují stejné tvary. Podprogramy na rozdíl od cyklů si vytvářejí programátoři podle svých potřeb při tvorbě programu. (10) Příklad volání podprogramů: N50 HRIDEL1 Příklad volání programů: N50 CEP ;volání podprogramu HRIDEL1.SPF ;následuje vykonání podprogramu a návrat zpět ;volání programu CEP.MPF ;následuje vykonání vnořeného programu a návrat zpět Hlavní program je ukončován funkcemi M30 nebo M2. Podprogramy jsou zakončovány funkcí M17. ŘS však umožňuje i volání hlavního programu jako podprogramu. Volaný program může být ukončen funkcí M30, která je v tomto případě interpretována jako M17. Z toho vyplývá, že není možné označovat stejným názvem program i podprogram (nestačí odlišení koncovkou *.mpf nebo *.spf). Další možností volání podprogramu (nebo vnořeného programu) je volání s opakováním. Podprogram CEP.SPF bude vykonán dvakrát za sebou. Rozsah počtu opakování je P: (5) N50 CEP P2 ; volání podprogramu s opakováním Programování skoků ŘS umožňuje mimo práce s podprogramy řadu dalších méně známých funkcí. Jedná se například o: Nepodmíněné programové skoky Podmíněné programové skoky Opakování části programu

21 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 21 2 VOLBA ROTAČNÍ SOUČÁSTI A JEJÍ TECHNICKÁ DOKUMENTACE Jednou z velmi důležitých součástí všech strojů je hřídel. Je to rotační součást, která je osazena jednotlivými průměry, kde každý průměr později v sestavě koná určitou funkci. Obr D model rotační součásti - hřídele Výkres součásti je zpracován v Příloze č. 1.

22 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 22 3 NÁVRH TECHNOLOGIE VÝROBY A NÁSTROJOVÉHO VYBAVENÍ Z výkresu součásti je patrné mnoho potřebných informací, ze kterých se vychází při návrhu technologie výroby. Základem je co nejjednodušeji, a nejekonomičtěji dospět k požadovanému tvaru součásti. 3.1 Technická rozvaha zadání Nejprve je zapotřebí, aby byl v první řadě vybrán vhodný stroj pro danou velikost výroby. Poloautomatický soustruh SPN12 CNC plně vyhovuje pro sériovou výrobu. Jelikož je cílem snižování nákladů, tedy i časů je zvoleno soustružení na jedno upnutí pomocí čelního unášeče a otočného hrotu. Tato volba je dána na úkor tuhosti soustavy S-N-O. Výhody: jedno upnutí => menší strojní časy Nevýhody: nelze využít max. hodnot řezných podmínek Parametry stroje jsou vyhovující pro rozměry obrobku. Předem lze určit, že bude potřeba minimálně čtyři nástroje do čtyř poloh, takže čtyř polohová revolverová hlava také vyhovuje. Je vhodné dbát na uspořádání nástrojů dle pořadí. Zejména u starších typů strojů se revolverové hlavy točily postupně a docházelo k velkým časům při výměně nástroje. Nástroje lze rozmístit vedle sebe, ale musí se dbát na to, aby se nevyrovnanost upnutých nástrojů na jedné straně neprojevilo při výrobě (kmitání, časté výpadky). 3.2 Volba nástrojového vybavení Při volbě nástroje je jednou z nejdůležitějších věcí správná identifikace obráběného materiálu. Pro zjednodušení rozdělujeme obráběné materiály v souladu s normou ISO 513 do šesti základních skupin, v nichž jsou sdružovány materiály, které vyvolávají kvalitativně stejný typ zatížení (namáhání) břitu a tudíž vyvolávají i podobný typ opotřebení. (7) Skupina P: uhlíkové (nelegované oceli třídy 10, 11, 12 legované oceli tříd 13, 14, 15, 16 nástrojové oceli uhlíkové (191, 192, 193 ) nástrojové legované oceli (193 až 198 ) uhlíková ocelolitina skupiny 26 (4226 ) nízko a středně legované ocelolitiny skupiny 27 (4227 ) feritické a martenzitické korozivzdorné oceli (třídy 17, lité 4229 )

23 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 23 Skupina M: Skupina K: austenitické a feritickou austenitické oceli korozivzdorné, žáruvzdorné a žárupevné oceli nemagnetické a otěruvzdorné šedá litina nelegovaná i legovaná (4224 ) tvárná litina (4223 ) temperovaná litina (4225 ) Skupina N: Skupina S: Skupina H: neželezné kovy, slitiny Al a Cu speciální žárupevné slitiny na bázi Ni, Co, Fe a Ti zušlechtěné oceli s pevností nad 1500 MPA kalené oceli HRC tvrzené kokilové litiny HSh 55 85

24 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List Průřez nožového držáku Průřez držáku je ve většině případů volen dle možností obráběcího stroje. Optimální volbu průřezu držáku lze provést pomocí nomogramu (Obr. 2.1), ve kterém je brán ohled na použité řezné podmínky (posuv a hloubka řezu) a vyložení nástroje. Obr. 3.1 Nomogram průřezu držáku (7) Zvolené řezné podmínky jsou zaneseny na patřičné osy, spojeny a střed v bodě C opět spojen s dalším bodem D na ose pro vyložení držáku. Výsledkem je bod E, kde se nachází průřez držáku Základní tvar a velikosti břitové destičky Obr. 3.2 Vyměnitelné břitové destičky (1) Prvním důležitým krokem při výběru výměnné břitové destičky, dále jen VBD, je stanovení priority volby. Na tu má velký vliv typ technologické operace, tvarové složitosti, materiál dílce a technologické požadavky. Například u VBD kruhového nebo čtvercového tvaru je velká odolnost proti plastické deformaci a odolnost v přerušovaném řezu. Naproti tomu u VBD s kosočtvercovým tvarem a malým úhlem břitu odolnost klesá, ale mají lepší přístupnost k opěrnému hrotu a aplikační rozsah při proměnném úhlu

25 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 25 nastavení (Obr. 3.3). Prvním parametrem velikosti VBD je délka řezné hrany, na kterou je přihlíženo podle tloušťky třísky (Obr. 3.4). Obr. 3.3 Tvary VBD (1) Obr. 3.4 Délka aktivního ostří / hloubka řezu (1) Optimální tloušťka břitové destičky Opět lze použít jednoduchý monogram (obr. 2.2) pro určení tentokrát tloušťky VBD. Skládá se ze dvou os, posuvu f, hloubky řezu a p a prostřední šikmé tloušťky VBD dvojího typu (pro přerušovaný a nepřerušovaný řez). Zvolené řezné podmínky opět spojíme a vznikne průsečík na šikmé ose. Volí se nejbližší vyšší tloušťka pro daný typ řezu. Obr. 3.5 Nomogram tloušťky VBD (7)

26 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List Poloměr zaoblení špičky břitové destičky Poloměr zaoblení špičky nože r ε se volí co největší. Čím větší je poloměr zaoblení r ε, tím větší je odolnost proti plastické deformaci, umožňuje použití větších posuvů, ale současně vyžaduje větší tuhost soustavy stroj-nástrojobrobek. U méně tuhých obrobků roste při použití VBD s větším poloměrem špičky r ε nebezpečí vzniku vybrací. Ze součinnosti poloměru špičky a posuvu při obrábění na čisto je možno vydedukovat, že posuv by měl být zvolen tak, aby nepřesáhl určitou hodnotu, nutnou k docílení uspokojivé jakosti obrobeného povrchu. Jako směrný údaj se doporučuje posuv = maximálně 1/3 poloměru špičky. (1) Obr. 3.6 Vliv poloměru špičky a posuvu na jakost obrobeného povrchu (1) Utvařeč břitové destičky Prakticky všechny faktory řezného procesu (vlastnosti obráběného materiálu, geometrie břitu, řezná kapalina, atd.) ovlivňují tvar odebírané třísky, vytváří nevhodné tvary, čímž se rychle zaplní pracovní prostor a znemožňuje obrábění. Proto se na čele břitové destičky vyrábí utvařeč, který za určitých podmínek posuvu a hloubky řezu láme třísku. Minimální posuv, při kterém začíná utvařeč fungovat, je závislý především na šířce stabilizační fazetky x a na jejím úhlu γ x. Maximální posuv, při kterém končí funkce utvařeče je závislý u žlábkového utvařeče na vzdálenosti výstupní hrany žlábku od ostří b a na hloubce žlábku h. (6) Na Obr. 2.3 je znázorněn optimální průběh utváření třísky, kdy velikost fazetky x je menší než tloušťka odřezávané vrstvy a. K tomu je zvolen i optimální posuv f. Obr. 3.7 Optimální průběh utváření třísky (7)

27 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 27 Je-li naopak tloušťka odřezávané vrstvy a menší než velikost fazetky x, tedy i posuv f je menší, tříska se nedostane do utvařeče a je odváděna již z fazetky (Obr. 2.4). Tím vzniká nevhodná táhlá tenká tříska, která rychle zaplní pracovní prostor a může být následně namotána i na obrobek. Obr. 3.8 Nevhodné utváření třísky (7) Posledním případem je x << a, kdy dochází k příliš velkému utváření, neboli drcení, a dalším zvýšením posuvu jde již tříska mimo utvařeč (Obr. 2.5). Obr. 3.9 Nevhodné utváření třísky (7) Systém upnutí Jelikož se jedná o nože s vyměnitelnými břitovými destičkami je nutné také uvést systém upnutí k nožovému držáku. Dělí se do skupin znázorněných na Obr Obr Systémy upnutí (7)

28 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List Zvolené nástroje pro výrobu součásti Z poznatků uvedených výše je zvoleno toto nástrojové vybavení: a) Poloha nástrojové hlavy 1 Nožový držák: PCLNL 2525 M12 h = h 1 = 25 mm b = 25 mm f = 32 mm l 1 = 140 mm I 2max = 36 mm úhel čela λ 0 s = - 6 úhel sklonu ostří λ 0 o = - 6 Obr Nožový držák (7) VBD: CNMG E M; 6630 (l) = 12,9 mm d = 12,700 mm d 1 = 5,16 mm s = 4,76 mm r ε = 0,8 mm Obr Výměnná břitová destička (7) Doporučené řezné podmínky: a p = 2 mm (0,8 6,0) f n = 0,3 mm/ot (0,15 0,60) v c = 210 m/min ( ) b) Poloha nástrojové hlavy 2 Nožový držák: PDJNR 2525 M11 Obr Nožový držák (7) h = h = 25 mm b = 25 mm f = 32 mm l 1 = 150 mm l 2max = 30 mm úhel čela λ 0 o = - 6 úhel sklonu ostří λ 0 s = - 6

29 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 29 VBD: DNMG E M; 6630 (l) = 15,5 mm d = 12,700 mm d 1 = 5,16 mm s = 6,35 mm r ε = 0,8 mm Obr Výměnná břitová destička (7) Doporučené řezné podmínky: a p = 2 mm (0,8 3,0) f n = 0,25 mm/ot (0,08 0,45) v c = 210 m/min ( ) c) Poloha nástrojové hlavy 3 Nožový držák: PDJNL 2525 M12 Nožový držák je stejný jako v předchozím případě, jediný rozdíl je v tom, že nožový držák je levý. VBD: DNMG Výměnná břitová destička je kompletně stejná jako v předchozím případě. d) Poloha nástrojové hlavy 4 Nožový držák: SER(L) 2525 M16 h = h 1 = 25 mm b = 25 mm l 1 = 150 mm Obr Nožový držák (7)

30 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 30 VBD: TN 16 ER(L) 130 ZZ; 8030 a = 1,10 mm h = 1,30 mm d = 9,525 mm d 1 = 3,9 mm s = 3,4 mm Obr Výměnná břitová destička (7) Doporučené řezné podmínky: v c = 140 m/min ( ) 3.3 Volba polotovaru Výchozí surovinou pro hřídel je zpravidla za tepla válcovaná ocel dle ČSN , materiál s povrchem normálně rovnaným. Tento materiál je zařazen do třídy obrobitelnosti 14 b. Pevnost v tahu σ pt = kp/mm. Při dodávkách materiálu a jeho přejímce je nutno, aby vstupní kontrola prováděla kontrolu na pevnost materiálu, ovalitu, přímost průměru a délek tyčoviny dle platných norem ČSN. Samotným polotovarem pro soustružení hřídele je zvolena předem nařezaná tyč o rozměrech dle výkresu s ohledem na přídavky pro jednotlivé obrábění. O přídavku viz. níže. 3.4 Přídavek na obrábění Při obrábění polotovaru se mění postupně jeho tvar, rozměry a struktura povrchu. Uvedené změny způsobuje postupné ubírání vrstev materiálu z povrchu polotovaru v jednotlivých fázích technologického postupu. Při určování velikosti přídavku je nutné přihlížet k rozsahu výroby, tj. k počtu vyráběných kusů, k volbě a způsobu zhotovování polotovaru, k jeho tvaru a rozměrům, k požadované přesnosti a drsnosti obrobených ploch součástí. (5) Pro polotovary z ocelových válcovaných tyčí za tepla je možné pro stanovení celkového přídavku na obrábění použít empirického vztahu: 5 d Z φ = + 2 (3.1) 100 kde Z φ - je přídavek na průměr [mm]; d průměr hotového obrobku [mm]

31 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 31 5 d 5 35 Zφ = + 2 = + 2 = 3, 75mm => zvolen přídavek 3mm na průměru Jelikož se předpokládá, že některé průměry hřídele se budou následně dle potřeby dalšího zákazníka brousit, jsou zde uvedeny také přídavky pro vnější válcové broušení v hrotech, s kterými je dále počítáno při soustružení hřídele. Přídavky při vnějším válcovém broušení se volí podle jmenovitého broušeného průměru D a délky L broušené součásti. Z Ø přídavek na průměr [mm] Z tolerance přídavku [mm] Obr Přídavek na broušení (3) Obr Znázorněná tabulka přídavků pro broušení (3) 3.5 Stanovení řezných podmínek Dříve bylo vyráběno na hydraulických kopírovacích strojích, které měly možnost volby jen čtyř stupňů otáček. Nyní s nástupem CNC strojů se naskytla možnost využití velkého rozsahu řezných podmínek. Řezné podmínky tvoří rozsáhlý soubor veličin identifikující daný řezný proces. Základními řeznými podmínkami je trvanlivost břitu T, řezná rychlost v c, šířka záběru ostří a p a posuv f a) Trvanlivost břitu Stanoví se pro zadané výchozí podmínky, jako T optn nebo T optv, případně s ohledem na počet kusů, které mají být na jedno nasazení nástroje obrobeny. T optn trvanlivost min. nákladů; T optv trvanlivost max. výrobnosti (4)

32 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 32 b) Šířka záběru ostří a p hloubka řezu Hloubka řezu a p [mm] je rozdíl mezi obráběnou a obrobenou plochou. Měří se vždy kolmo k ose posuvu (Obr. 3.13) v f rychlost posuvu [mm/min] je to strojní posuv, při němž je nástroj veden různými směry vzhledem k obrobku (1) Obr Hloubka řezu a posuv (1) Při hrubování se posoudí, zda je možné celý přídavek na hrubé obrábění odebrat na jednu třísku a tomuto řešení se dá přednost. Záleží na pevnosti soustavy S-N-O. Pokud se ukáže takové řešení nevhodné, je třeba kvalifikovaně rozhodnout o dělení přídavku na hrubování na několik záběrů. (4) c) Posuv f n Posuv na otáčku f n [mm/ot] je dráha, kterou urazí špička břitu při každé otáčce obrobku. (1) Po zvolení maximální možné hloubky řezu z hlediska optimálního využití nástroje je třeba volit co možná největší hodnotu posuvu, protože jeho vliv na intenzitu opotřebení břitu nástroje je jen o málo větší jako vliv hloubky řezu, ale o mnoho menší, než vliv řezné rychlosti. (2) d) Řezná rychlost v c Upnutý obrobek rotuje určitými otáčkami vřetene (n), to znamená při určitém počtu otáček za minutu (1/min). Řezná rychlost v c [m/min] se rovná obvodové rychlosti bodu na obvodě obrobku, tzn. že v c je rychlost, kterou se pohybuje obvod obrobku ve směru proti břitu. (1) v c = D π n 1000 [m/min] (3.2) n otáčky obrobku [ot/min]; D průměr obrobku [mm] Odvození: 1000 v n = π D c (3.3)

33 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 33 Zvolené řezné podmínky pro soustružení: Podmínky jsou voleny podle zvolených nástrojů a jejich doporučených hodnot. Posuv nebo otáčky jsou použity přímo v CNC programu. 3.6 Technologický postup výroby Technologický postup jako předpis pro výrobu určitého dílce strojního zařízení je doklad, který určuje způsob výroby daného dílce, předepisuje výrobní zařízení a pomůcky, které jsou k výrobě potřebné, a udává podmínky, kterých má být při provádění jednotlivých operací použito. (3) V příloze č. 2 a příloze č. 3 je zpracován výrobní postup hřídele. Celá výroba hřídele se dělí na dvě části. Jednou z nich je příprava polotovaru a druhá je výroba hřídele do finálního tvaru Příprava polotovaru Vždy se začíná materiálem, který se musí nakoupit. Pro hřídel jsou to, již dříve zvoleny v kapitole volba polotovaru, tyče například šestimetrové o průměru 38 mm, které jsou již s dříve vypočítaným a zvoleným přídavkem 3 mm. a) Dělení materiálu řezání První operací je řezání materiálu, které je možno provést na pásové pile. Tyče jsou nařezány na délku 362,5+1mm. Kontroluje se délka a kolmost řezaných ploch vůči sobě. b) Zarovnávání, vrtání, zahlubování, závitování Při další operaci je využit CNC stroj, který vykonává hned čtyři operace najednou z obou stran. Jedná se o zarovnávací automat ZAH 620 CNC. Zarovná nařezaný materiál na konečnou délku polotovaru 360,5-0,3mm. Dále zahloubí, vyvrtá a vyzávituje obě dvě strany Výroba hřídele do finálního tvaru a) Soustružení Nachystaný polotovar se dále soustruží na poloautomatickém soustruhu SPN12 CNC dle programu %HRIDEL.MPF. b) Frézování Poslední operací na výrobě hřídele je frézování dvou uzavřených drážek na frézce NF1B NC BUSCH.

34 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 34 4 VYTVOŘENÍ CNC PROGRAMU Program je vytvořen ručním programováním a ověřen v simulaci SinuTrain. Kompletní CNC program je v příloze č. 4 a v příloze č. 5. Začátek programu: Tab. 5.1 Část CNC programu s popisem úseku operace %_N_HRIDEL_MPF ;$PATH=/_N_MPF_DIR N10 G54 N20 G90 G18 G95 N30 G0 X120 Z260 N40 T1 D1 N50 G0 X50 Z361.5 N60 S1690 M3 M8 N70 G42 X33 N90 G1 Z295.7 F0.3 N100 X34.75 D2 N110 Z262.5 F0.28 N120 X35.09 Z259.5 D3 N130 X35.08 Z126.5 D4 N140 X34.75 Z123 D5 N150 Z90 N180 Z1 F0.35 N190 G0 G40 X36 Z2 N200 X42 N210 Z-2 název programu HRIDEL.MPF cesta uložení souboru posunutí nulového bodu absolutní programování v rovině xz, posuv [mm/ot] najetí rychloposuvem do bodu pro výměnu nástroje výměna nástroje nůž PCLNL VBD CNMG nájezd nástroje k obrobku otáčky vřete proti, zap. Chlazení korekce poloměru nástroje vpravo od obrysu 1. hrubovací tříska vypnutí korekce poloměru nástroje

35 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 35 5 KVANTIFIKACE ROZDÍLŮ V DOSAHOVANÝCH STROJNÍCH ČASECH PŘI APLIKACI NÁSTROJOVÉHO VYBAVENÍ DVOU VÝROBCŮ V dnešní době vyspělé techniky je velkým trendem představování nových technologií obrábění. Firmy se snaží docílit, aby se vyrábělo více efektivně, za snižujících se nákladů, s čímž každopádně souvisí snižování strojních časů. 5.1 Strojní časy při soustružení Jelikož platí zákon, že čas jsou peníze, je třeba, aby na podnět managementu podniku technologové prováděli rozbor využívání času směny. Celkový čas je čas směny T, který se dále dělí na čas efektivní práce, ten je normovatelný a značí se T N, a na čas ztrátový T Z. Dále je důležitý a popisován jen čas T N, který se skládá z času kusového T A, času přípravného T B a času směnový T C. Důležitý je opět čas kusový, který se dělí na čas strojní T As a čas vedlejší T Av. Obr. 5.1 Operace podélného soustružení (6) L ln + l + l p t = = AS [min] (5.1) v f n f t AS - čas automatický strojní [min] L - celková dél, kdy je zapnut strojní posuv [mm] v - rychlost posuvu [mm/min] f

36 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List Seznámení s technologií Wiper Jedním z nejúčinnějších způsobů zvýšení produktivity soustružení je použití hladících břitových destiček Wiper a zvýšení rychlosti posuvu. Hladící destičky umožňují dosáhnout skvělé kvality obrobeného povrchu a eliminovat tak v řadě případů nutnost následného broušení. Ve srovnání s broušením umožňuje použití hladících břitových destiček zvýšení kvality obrobku a jeho kruhovitosti. Na Obr. 5.1 je vidět vylepšená geometrie VBD a zlepšení drsnosti oproti klasické VBD. (8) Obr. 5.2 Špička nože s technologií Wiper ukazuje lepší drsnost povrchu (9) Největší vliv na dobu trvání soustružnické operace má rychlost posuvu. Pokud je možné zdvojnásobit rychlost posuvu, lze dobu obrábění zkrátit na polovinu a vyrobí tak za stejnou dobu téměř dvojnásobný počet obrobků. Tvar poloměru rohu hladící břitové destičky umožňuje zvýšit rychlost posuvu bez negativního vlivu na kvalitu obrobeného povrchu. Na Obr. 5.3 je detailní nákres hladící břitové destičky. (8) Obr. 5.3 Detailní geometrie špičky hladící VBD Wiper (9)

37 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 37 Shrnutí výhod technologie hladících břitových destiček Wiper: Vyšší hospodárnost obrábění Skvělá výsledná kvalita obrobené plochy Vyloučení drahých brousících operací Bezproblémová plynulá výroba Menší potřeba dohledu Snížení skladových zásob nástrojů Na Obr. 5.4 jsou znázorněné úseky soustružení, při kterých se využívá efektu Wiper. Ze znázorněného plyne, že efekt Wiper nastává při obrábění po přímé linii, čímž je podélné a čelní soustružení. Kvůli upravenému tvaru VBD se neuplatní při soustružení šikmých hran nebo kopírování. Obr. 5.4 Vliv geometrie špičky Wiper na jednotlivé operace (9)

38 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 38 ZÁVĚR Technologie obrábění se velice rychle vyvíjí. Konstruktéři vymýšlí a mechanici sestavují stále nové, zdokonalené CNC stroje a obráběcí centra. Programátoři zase vytváří nové technické počítačové podpory, které zajisté usnadní a urychlí práci v programování. Zpracováním této technologické studie jsem se zaměřil na základní poznatky v oboru CNC. Osvojil jsem si základy tvorby CNC programu a seznámil jsem se s jedním velice známým programem Sinumerikem 810D, který bezpodmínečně používá celá řada podniků. Jeho aplikace na poloautomatický soustruh SPN12 CNC mě navedla na dobrou cestu, jak se správně pohybovat ve světě programování. V první části práce, jsem popsal zmiňovaný poloautomatický soustruh SPN12 CNC. Dále jsem práci rozvinul o způsoby programování, jejich výhody a nevýhody. Velice zajímavou částí a velkým přínosem v práci je kapitola zvolení rotační součásti a celé její technologie výroby. Základem bylo vytvořit v AutoCadu výkres součásti, od kterého se ostatní náležitosti odvíjely podle předem zvoleného postupu. Zvolil jsem nástrojové vybavení od firmy Pramet Tools s.r.o. Vypracoval jsem technologický postup výroby a sestavil CNC program pro soustružení hřídele, který jsem odsimuloval v počítačovém programu SinuTrain, abych zjistil, popřípadě odstranil chyby vzniklé přehlédnutím. V samotném závěru jsem porovnal druhého výrobce nástrojového vybavení Sandvik Coromant s již zmiňovaným českým výrobcem ze Šumperka. Firma Sandvik Coromant přišla na trh s novou technologií VBD. Jedná se o hladící VBD typu Wiper, které za stejných podmínek dovedou vyrobit obrobek s 2x lepším povrchem. Toho se dá využít pro zvýšení řezných podmínek, a tím zkrácení strojních časů skoro na polovinu. Beze sporu díky této technologii udělala firma velký pokrok oproti ostatním.

39 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 39 SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ 1. AB SANDVIK COROMANT SANDVIK CZ s.r.o. Příručka obrábění Kniha pro Praktiky. Přel. M. Kudela. 1. vyd. Praha: Scientia, s. Přel. z: Modern Metal Cutting A Practical Handbook. ISBN CHLADIL, Josef, MOUKA, Erich. Teorie obrábění. 1.vyd. Brno: Ediční středisko VUT, s. ISBN KOCMAN, Karel. Speciální technologie obrábění. 3. přeprac. vyd. Brno: AKADEMICKÉ NAKLADATELSTVÍ CERM, s. ISBN KOCMAN, Karel, PROKOP, Jaroslav. Technologie obrábění. 1.vyd. Brno: AKADEMICKÉ NAKLADATELSTVÍ CERM, s. ISBN PÍŠKA, Miroslav, POLZER, Aleš. Popis poloautomatického soustruhu SPN12 CNC s řídícím systémem Sinumerik 810D. [online]. [cit ]. Dostupné z www: < 6. PÍŠKA, Miroslav, Forejt Milan. Teorie obrábění, tváření a nástroje. 1.vyd. Brno: AKADEMICKÉ NAKLADATELSTVÍ CERM, s. ISBN PRAMET TOOLS s.r.o. Soustružení / Sústruženie. [online]. [cit ]. Dostupné z www: < K%20screen.pdf> 8. Sandvik Coromant. Main catalogue [online]. [cit ]. Dostupné z www: < MC_2009_Klick_CZE_A.pdf> 9. Sandvik Coromant. General turning. [online]. [cit ]. Dostupné z www: < 10. ŠTULPA, Miloslav. CNC obráběcí stroje a jejich programování. 1.vyd. Praha: nakladatelství BEN, s. ISBN

40 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 40 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ Zkratka/Symbol Jednotka Popis CNC počítačem číslicově řízený (komputer numeric kontrol) NC číslicově řízený (numeric kontrol) ŘS řídicí systém VBD vyměnitelná břitová destička S-N-O soustava stroj-nástroj-obrobek r ε [mm] poloměr zaoblení špičky nástroje v c [m/min] řezná rychlost f [mm] posuv f n [mm] posuv na otáčku a p [mm] šířka záběru ostří n [1/min] otáčky obrobku D [mm] průměr obrobku R max [µm] maximální drsnost povrchu L [mm] Celková délka obrobené plochy t AS [min] Čas automatický strojní T [min] Trvanlivost břitu T OPN [min] Trvanlivost břitu za min. nákladů T OPV [min] Trvanlivost břitu při max. výrobnosti Z ϕ [mm] Přídavek na průměr Z [mm] Tolerance přídavku 0 λ o [ ] Úhel čela 0 Λ s [ ] Úhel sklonu ostří

41 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 41 SEZNAM PŘÍLOH Příloha 1 Technický výkres součásti hřídel Příloha 2 Technologický postup část 1 Příloha 3 Technologický postup část 2 Příloha 4 CNC program část 1 Příloha 5 CNC program část 2

42